Silisiumkarbidsubstrater (SiC) kan brukes til å klargjøre kraftenheter, RF-enheter og deteksjonsenheter som tåler høye temperaturer, høye spenninger og stråling. Disse vil finne omfattende anvendelser innen forbrukerelektronikk, nye energikjøretøyer, jernbanetransport og andre felt, og tilbyr brede bruksmuligheter og betydelig strategisk betydning. Produksjonsprosessen for enkelt-SiC-wafere involverer hovedsakelig blokkering, blokkering og andre prosesstrinn, med mål om å oppnå høy-kvalitets SiC-wafere med en viss tykkelse.
SiCs ekstremt høye hardhet, sprøhet og gode kjemiske stabilitet gjør det imidlertid vanskelig å behandle. Følgelig har SiC-skjæreteknologi blitt en aktuell forskningshotspot. For tiden inkluderer de viktigste skjæremetodene for enkelt-SiC-skiver diamantsirkulærsagbladskjæring, wire-elektrisk utladningsmaskinering (WEDM), wiresagskjæring, lasertermisk stress-kontrollert bruddskjæring (lasertermisk cracking) og laserskjæring.
terninger (sagkutting)
Til skjæring av blader brukes en høy-skjæresag for å kutte oblater. Prøven festes til en blå film, og et roterende diamantverktøy med høy-hastighet sliper mot SiC-prøven. Mekanisk stress induserer sprø brudd i materialet, og oppnår separasjon. Under kutting roterer verktøyet med svært høye hastigheter (typisk 30 000–50 000 rpm) med et aksialt matetrykk påført. Verktøyet er vanligvis sammensatt av diamantkorn og en bindingsmatrise, med en overflate dekket av diamantpartikler i mikronstørrelse. Disse partiklene genererer ekstremt høy lokal belastning ved kontakt med SiC-overflaten, og forårsaker mikrosprekker inne i materialet. Ettersom verktøyet fortsetter å avansere, forplanter disse mikrosprekkene seg langs spesifikke krystallplan og kobles sammen, og danner til slutt makroskopiske brudd som fullfører kuttet. Kuttekvaliteten påvirkes av mange faktorer: verktøyets rotasjonshastighet, matehastighet og bruk av kjølevæske påvirker alle kutteresultatet betydelig.
Vannstråleskjæring
Vannstråleskjæring er en prosessmetode basert på en høytrykksvannstråle. Vann settes under trykk til ultrahøye nivåer og føres gjennom en liten åpningsdyse for å danne en høyhastighetsstråle, som deretter kutter materialet. Denne teknikken kan deles inn i ren vannstråleskjæring og abrasiv vannstråleskjæring. Slipende vannstråleskjæring blander slipende partikler (f.eks. granat eller aluminiumoksid) inn i vannstrålen, noe som i stor grad forbedrer dens evne til å bearbeide harde materialer.
Vannstråleskjæring gir bemerkelsesverdige fordeler: dens kuldebearbeidende natur unngår varmepåvirkede soner, noe som gjør den egnet for varmefølsomme materialer; det gir høy fleksibilitet for å kutte komplekse geometrier; og den er forurensningsfri med lite støy. Vannstråleskjæring har imidlertid også begrensninger: relativt lav skjærehastighet, høy initial utstyrsinvestering, begrenset effektivitet ved maskinering av ultraharde materialer som SiC, og en tendens til å forårsake sprø sprekkdannelse.
Vannstråleveiledet laserskjæring
Prinsippet for vannstrålestyrt laserskjæring er å bruke en vannstråle som overføringsmedium for laserstrålen. Vannstrålen er rettet vinkelrett på materialoverflaten. Når laserstrålen sendes inn i vannstrålen, oppstår total intern refleksjon ved luft-jet-grensesnittet. Etter flere refleksjoner endres laserens energifordeling fra Gaussisk til en flattoppprofil før den virker på arbeidsstykkets overflate.
Vannstrålestyrt laserskjæring reduserer effektivt de termiske effektene av laseren. Imidlertid krever denne teknikken innføring av en mikrovannstråle, noe som øker utstyrets kompleksitet og kostnader. Dessuten er stabil kobling mellom laseren og mikrovannstrålen vanskelig å oppnå, noe som fører til korte stabile driftstider, høye vedlikeholdskostnader og utfordrende drift, noe som begrenser dens praktiske funksjon. På grunn av dens lave praktiske og lave prosesseringseffektivitet, er det usannsynlig at denne metoden vil se utbredt bruk i terninger av skiver.
Laser ablasjonsskjæring
Arbeidsprinsippet for laserablasjonsskjæring er å fokusere en laserstråle på materialoverflaten. Materialet absorberer laserenergien, forårsaker tvungne vibrasjoner av atomer i krystallgitteret, akselererer termisk bevegelse og genererer varme. Når tilført energi overskrider materialets ablasjonsterskel, smeltes og fordampes materialet, og fjernes derved. For øyeblikket kan den maksimale skannehastigheten for laserablasjonsskjæring nå 1000 mm/s, noe som gir høy prosesseringshastighet. Imidlertid er denne metoden fortsatt avhengig av materialfjerning, og krever fullstendig fordamping av materialet i det laserskannede området. Den overdrevne varmetilførselen fører ofte til store varmepåvirkede soner, termiske sprekker og andre termiske skader, noe som reduserer kuttkvaliteten.
Laser Stealth terninger
Laser stealth dicing er basert på fokusering av en semi-transparent laserstråle med en spesifikk bølgelengde gjennom et optisk fokuseringssystem til en nøyaktig plassering inne i waferen, og danner et modifisert lag. Teknologien involverer to nøkkeltrinn: dannelse av det modifiserte laget og sponseparasjon. Under laserskjæringsstadiet velges laserbølgelengden i henhold til de fysiske egenskapene til materialet som behandles. Ved å optimalisere prosessparametere skapes et modifisert lag inne i waferen. Dannelsen av det modifiserte laget er ledsaget av mikrosprekker som strekker seg mot forsiden og baksiden av skiven. For wafere med en viss tykkelse justeres laserfokuset for å skanne på flere dybder, slik at de modifiserte lagene kan kobles sammen og danne et komplett nettverk. Etter at det laserformede modifiserte laget er opprettet, må waferen separeres ved hjelp av mekanisk kraft. Vanligvis påføres rullepressing eller strekking for å forplante mikrosprekkene fra det modifiserte laget gjennom hele wafertykkelsen, og oppnå fullstendig sponseparasjon. Under det mekaniske separasjonstrinnet er ensartetheten til det modifiserte laget og sprekkkontrollen avgjørende for å unngå flising av materialet.