صناعة	تصنيع أشباه الموصلات، والسيراميك المتقدم، ومواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث
عملية	معالجة بالليزر الموجه بالماء النفاث (WJGL) من خلال ثقب واحد
حل	ركائز SiC مخصصة مقاس 35 مم × 2 مم مع فتحات دقيقة بدقة Φ0.15 مم
خدمات	الاستشارة الفنية، وتطوير العمليات، وتقارير التفتيش، والطلاء والتصنيع حسب الطلب
نتائج	• تم تأكيد هندسة الفتحة الموحدة من المدخل إلى المخرج بواسطة SEM • لا يوجد تفتق قابل للقياس. نسبة العرض إلى الارتفاع مناسبة لسمك 2 مم • الحد الأدنى من المنطقة المتأثرة بالحرارة وعدم وجود أي تقطيع فعليًا على كربيد السيليكون الصلب والهش • التسليم الناجح وقبول العملاء لتطوير مواد البطارية الثانوية

الشكل 1: صورة المنتج لركيزة SiC مقاس 35 مم × 2 مم بعد المعالجة الدقيقة بالليزر الموجه بالماء

شكل2：صورة SEM لفتحة VeTek الموجهة بالماء بالليزر بقطر Φ0.15 مم في الركيزة SiC

تتيح تقنية الليزر الموجه بالماء (WJGL) الخاصة بشركة VeTek Semiconductor تصنيع ثقوب دقيقة ذات مسار واحد وخالية من الاستدقاق في ركائز كربيد السيليكون السميكة (SiC). في مشروع حديث، تمت معالجة الثقوب من خلال Φ0.15 مم بنجاح على ركائز N-type 4H-SiC بقطر 35 مم × 2 مم. تم التحقق من فحص SEM لجدران الفتحات المتجانسة للغاية من المدخل إلى المخرج، مما يلبي المتطلبات الصارمة لدرجة أشباه الموصلات.

1. كيف يحقق الليزر الموجه بالماء ثقوب SiC خالية من الاستدقاق؟

شكل3:مبدأ الليزر الموجه بالماء: طاقة الليزر محصورة بواسطة نفاثات مائية عالية الضغط (ألياف ضوئية مائية)

يتم دفع الماء عالي الضغط من خلال فوهة دقيقة (قطرها 30-120 ميكرومتر) لتشكيل طائرة صغيرة مستقرة. يتم دمج ليزر مركّز بطول 532 نانومتر في هذه الطائرة من خلال نافذة زجاجية. بمجرد دخول الليزر إلى عمود الماء، يصبح مقيدًا بالانعكاس الداخلي الكلي وينتقل على شكل "ألياف ضوئية مائية" عالية الكثافة من الطاقة. عندما تلامس الطائرة الدقيقة قطعة العمل، يقوم الليزر بإزالة المادة بينما يقوم تدفق الماء المستمر بتبريد منطقة القطع وإزالة الحطام.

ونظرًا لأن وسط التوجيه عبارة عن عمود أسطواني بقطر ثابت، فإن طاقة الليزر الناشئة تظل متوازية على مسافة عمل تبلغ عدة عشرات من المليمترات. ونتيجة لذلك، يظل الجدار المقطوع عموديًا حتى على 2 مم (وحتى 60 مم) من SiC، مما يلغي الحاجة إلى تتبع التركيز البؤري ويمنع التناقص التدريجي الذي يظهر في الحفر بالليزر في الفضاء الحر.

الشكل 4: الصورة الفعلية لمشهد العمل بالليزر الموجه بالمياه

مزايا العملية الرئيسية للمواد الصلبة والهشة

• لا يلزم تعديل التركيز لسمك يصل إلى 60 مم

• تفتق صفر أو قريب من الصفر (10-20 ميكرومتر فرق المدخل إلى الخروج)

• يعمل التبريد المستمر على منع الضغط الحراري وتقطيع الحواف

• يقلل توزيع الطاقة الموحد عبر المقطع العرضي النفاث من خشونة السطح (Ra 0.3–1 μm)

• عرض الشق ضيق يصل إلى 50 ميكرومتر، مما يقلل من فقدان المواد على SiC باهظ الثمن

2. مزايا الليزر الموجه بالماء في معالجة السيراميك بأشباه الموصلات

شكل5. معدات الليزر الموجهة بالمياه VeTek (سلسلة WL)

كثيرًا ما يعاني الحفر الميكانيكي التقليدي للثقوب التي يبلغ قطرها 0.15 مم في 2 مم من SiC من كسر الأدوات وكسر الحافة والتغير التدريجي في القطر. يؤدي الحفر بالليزر في الفضاء الحر، رغم عدم الاتصال به، إلى إنشاء مناطق متأثرة بالحرارة وطبقات إعادة صياغة وتناقص ملحوظ. يتغلب الليزر الموجه بالماء على مجموعتي القيود:

1. إمكانية المرور عبر الفتحة مرة واحدة- يزيل أخطاء المحاذاة للمعالجة على الوجهين.

2. نسبة العرض إلى الارتفاع عالية– يتم تحقيق نسب تتجاوز 30:1 بشكل روتيني.

3. قوة ميكانيكية منخفضة للغاية- تبلغ قوة نفث الماء حوالي 1 نيوتن فقط، مما يسمح بالمعالجة الآمنة للرقائق الرقيقة جدًا أو الهشة.

4. أسطح نظيفة وخالية من الخبث- التنظيف المستمر يزيل الحطام ويمنع إعادة وضعه.

3. تطبيقات الليزر الموجه بالماء للثقوب الدقيقة ذات نسبة العرض إلى الارتفاع العالية في كربيد السيليكون

شكل6. مكونات سيراميكية دقيقة تمت معالجتها بالليزر الموجه بالمياه

تشمل القدرات النموذجية ما يلي:

• نطاق سمك المعالجة: 0.05-60 مم (كربيد السيليكون، سيراميك كربيد البورون)

• الحد الأدنى للفتحة: 0.1 مم (يعتمد على السُمك)

• دقة الأبعاد: ±0.01 ملم

• خشونة السطح: 0.3-1 ميكرومتر

• منصات المعدات: WL-DCS200 (مساحة عمل 200 × 240 مم، 50-60 واط) وWL-LCS500 (500 × 500 مم، 100-200 واط)

شكل7.التحقق من SEM للعميل من خلال الفتحة الموحدة Φ0.15mm من المدخل إلى المخرج في الركيزة SiC مقاس 2 مم

دليل المشروع: فتحة Φ0.15 مم على 2 مم من كربيد السيليكون

بالتعاون مع شريك تكنولوجي كوري، قامت VeTek بتسليم خمس ركائز بقطر 35 مم وسمك 2 مم من النوع N 4H-SiC تحتوي كل منها على فتحة بدقة Φ0.15 مم. أكد تحليل SEM الذي أجراه العميل النهائي أن فتحة الفوهة حافظت على شكل أسطواني موحد من جانب دخول الليزر إلى جانب الخروج. تم قبول الأجزاء للتقييم في تطوير مادة الأنود المصنوعة من سبائك السيليكون للجيل القادم من بطاريات الليثيوم أيون.

4. التعليمات

س1: هل يمكن بالليزر الموجه بالماء معالجة الثقوب الأصغر من Φ0.15 مم في 2 مم من كربيد السيليكون؟

ج: بالنسبة للفتحات التي يقل حجمها عن 0.15 مم بشكل ملحوظ وسمكها 2 مم، ترتفع الصعوبة الفنية بشكل حاد. يوصى بعمل ثقوب أصغر (على سبيل المثال، 0.06 مم) على ركائز أرق (<0.4 مم) للحفاظ على الإنتاجية والهندسة.

س2: هل العملية أحادية المسار حقًا؟

ج: نعم. ينتشر الشعاع الموجه بنفث الماء عبر السماكة الكاملة في عملية واحدة متواصلة، مما يزيل مخاطر سوء المحاذاة أثناء الحفر الأمامي والخلفي.

س 3: ما هي بيانات التفتيش التي يمكن تقديمها؟

ج: يتم توفير تقارير قياس الأبعاد والصور الضوئية وصور SEM للمقطع العرضي للفتحة وبيانات خشونة السطح مع كل دفعة. تظل مقاطع الفيديو الخاصة بالعملية الكاملة سرية ولكن التحقق من هندسة العينة يعد أمرًا قياسيًا.

5. خاتمة

توفر تقنية الليزر الموجهة بالماء من VeTek Semiconductor طريقًا موثوقًا وعالي الإنتاجية للميزات الدقيقة الدقيقة في مواد أشباه الموصلات الصلبة والهشة. سواء كنت تحتاج إلى ركائز SiC مخصصة ذات ثقوب دقيقة، أو مكونات خزفية لمعدات المعالجة، أو طلاءات CVD SiC / TaC المتقدمة، فإن فريقنا الهندسي جاهز لدعم مشروعك التالي.

استكشف موقعناحلول طلاء SiC لمزيد من التفاصيل الفنية، أو اتصل بنا لمناقشة متطلبات التصنيع المحددة الخاصة بك.