Диссертация (1091353), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Лазерная резка обеспечивает высокуюпроизводительность из-за скорости перемещения режущего лазерного пучка44(от 100 до 300 мм/с). Однако, лазерное скрайбирование являетсядорогостоящим методом из-за стоимости оборудования и его обслуживания.1.3.2.2. Лазерная абляцияПод лазерной абляцией понимается взаимодействие излучения лазера ивещества, результатом которого является плавление, испарение илисублимация, сопровождающаяся образованием паров и низкотемпературнойплазмы, а также с разлетом частиц и капель исходного вещества [18].Особенности характерные для лазерной абляции: непосредственное поглощение энергии лазерного импульса ввеществе; формирование плазменного облака; происходитнаграницеразделаконденсированнойигазообразной или жидкой фаз.Основное и принципиальное отличие лазерной абляции от лазерногоскрайбирования заключается в том, что при разделении приборной пластинына кристаллы методом лазерной абляции она прорезается насквозьполностью вместе с пленкой, на которой закреплена пластина.

Этот фактзатрудняетпоследующуюсортировкукристаллов,чтонеизбежносказывается на времени обработки.Кроме того, при разделении пластин толщиной свыше 200 мкмвозникают определенные сложности. Увеличение длительности импульсов идлиныволныповышаетскоростьрезания,вследствиеувеличенияраспределения энергии в приборной пластине. Но также и приводят к такимпроцессам, как плавление, растрескивание, аморфизация и накоплениеостаточногодействующегонапряжения[19],которыеотрицательно45сказываются на прочности отдельных кристаллов, а также способныповредить тонкие пленки и повлиять на чувствительную электронику.Также к недостаткам лазерной абляционной резки следует отнести идеградациюполупроводниковойструктурыподвоздействиемультрафиолетового излучения.1.3.2.3.

Stealth DicingТехнология «stealth dicing» (резка-невидимка) появилась вследствиесовершенствования технологии лазерного скрайбирования в 2007 году,благодаря изобретению японской компании Hamamatsu Photonics [20], изаключается в осуществлении надреза обрабатываемой приборной пластинывнутри заготовки, а не снаружи. Суть технологии состоит в том, что, вотличиеотобычноголазерногоскрайбирования,лазерныйпучокфокусируется внутри приборной пластины (рис. 12). В результате внутрипластины образуется ряд точечных дефектов, напоминающих создаваемыеметодомлазерной3D-маркировкивнутристеклянныхкубиковприизготовлении сувенирной продукции в виде объемных рисунков [21].Рисунок 12.

Принцип технологии «stealth dicing» (формирование полосыосуществляется движением лазерного луча вдоль SD-линии).46Вследствиелазерного«перфорирования»возникаюттакжеимеханические деформации на сжатие и на разрыв внутри пластины. Послеобработки по технологии «stealth dicing» пластина все еще представляетсобой единое целое и требует, как и любой другой метод скрайбирования,разламывания пластины при помощи механической нагрузки [22].Технология «stealth dicing» позволяет разделять на кристаллы пластинылюбой толщины, также применима к стеклу и пластинам из сапфира.Скорость скайбирования может достигать 300 мм/с. При этом обеспечиваетсяболее высокое качество скола по сравнению с лазерной абляцией [23].

Крометого, использование технологии «stealth dicing» исключает образование наповерхности пластины частиц испаряемого материала, а также обеспечиваетменьшую ширину реза.На рис. 13 показано сравнение результатов скрайбирования алмазнымрезцом и применения технологии «stealth dicing».Рисунок 13.

Результаты скрайбирования алмазным резцом (слева) иприменения технологии «stealth dicing» (справа).В Российской Федерации аналогичная технология была независимымобразом разработана и защищена патентами компанией «ООО Мултитех»[24,25].ТехнологияполучиланазваниеIntrascribeиосновананаисследовании свойств лазерного пробоя оптически прозрачных твердых сред.47Это направление включает в себя методику лазерной обработки материалов,прозрачных в оптическом диапазоне.Исследования подтверждают, что подобный метод внутриобъемногоскрайбированиязначительноэффективнеетрадиционныхметодовразделения подложек, как по выходу годных разделенных чипов, так и покачеству реза подложки.

Исключена и деградация полупроводниковыхструктур под воздействием ультрафиолетового излучения, неизбежная приабляционной лазерной резке прозрачных материалов.1.3.2.4. Технология Laser MicroJetРазработанная в 1990 годах компанией Synova (Швейцария) технологияLaser MicroJet [26, 27] лишена недостатков резки, заключающихся внеобходимости точной фокусировки луча на пластине, а также загрязненияповерхности пластины частицами расплавленного материала.Восноведаннойтехнологиилежитразличиекоэффициентовпреломления воды и воздуха.

Принцип работы проиллюстрирован нарис. 14 (а). Луч лазера, проходя через фокусирующую линзу, попадает вспециальную камеру, в которую под давлением около 300 бар подается вода.Посредством насадки малого диаметра (до 20 мкм) лазерный луч попадает наповерхность приборной пластины, находясь в струе воды, котораяфактически является направляющей для лазерного луча.Луч лазера, отражаясь от поверхности воды (рис. 14 (б)), сохраняетпостоянство диаметра, что обеспечивает постоянную ширину реза в течениеоперации разделения пластины на кристаллы, и, кроме того, позволяет резатьпод различными углами наклона. Таким образом, ширина реза практическиравна диаметру направляющей струи воды.48(а)(б)Рисунок 14.

Технология Laser MicroJet:принцип работы (а) и схема процесса резки (б).ПреимуществамитехнологииLaserMicroJetпосравнениюстрадиционными методами резки являются [28]: отсутствие механических и термических напряжений вследствиеохлаждения места реза струей воды; отсутствие загрязнений поверхности вследствие смывания ихструей воды; отсутствие сколов, трещин; постоянная ширина реза; широкий спектр обрабатываемых материалов (Si, GaAs, GaN, InP,SiC, сапфир) и их толщин (до 5 мм); высокая скорость резки (200 мм/с для Si толщиной 50 мкм);универсальность процесса (резка нелинейной формы, сквознаярезка, изготовление отверстий, скрайбирование).На рисунке 15 представлены примеры резки по технологии LaserMicroJet.49Рисунок 15. Примеры резки с применением Laser MicroJet: а) ширина реза; б)резка кремниевой пластины толщиной 150 мкм; в) резка кремниевойпластины толщиной 100 мкм, чип памяти, скорость процесса 200 мм/с.К недостаткам данного метода резки следует отнести высокиетребования к подготовке воды для формирования водяной струи длялазерного луча.

Очевидно, что это должна быть очень чистая деионизованнаявода, свободная от каких бы то ни было примесей и газов. Кроме того,необходимость использования дополнительного оборудования для созданияи поддержания необходимого давления воды в 300 бар также накладываетсвоиограниченияследовательно,ввсференастоящееэкономичностивремяданнойпрепятствуеттехнологии,ееа,широкомураспространению.1.3.2.5. Лазерное управляемое термораскалываниеВ последнее время известная технология лазерного управляемоготермораскалывания (ЛУТ) успешно завоевала во всем мире свою нишу вобласти прецизионной резки широкого класса хрупких неметаллических50материалов.Даннаятехнология,разработаннаявРоссиидокторомтехнических наук, профессором Кондратенко В.С., запатентована в России иза рубежом [29, 30].

Использование метода ЛУТ для резки приборныхсапфировых пластин на кристаллы в производстве светоизлучающих диодовпоказало его перспективность и бесспорные преимущества [31, 32].Суть данного метода разделения приборных пластин на отдельныекристаллы (рис. 16) заключается в раскалывании материала пластины припомощи луча лазера, охлаждаемого струей инертного газа [33].

Вследствиеэтого в пластине возникает трещина, управляемая перемещением источниканагревапоповерхностипластины.Методлазерногоуправляемоготермораскалывания в отличие от лазерного скрайбирования требует меньшеэнергии, а разрез-трещина имеет практически нулевую ширину.Рисунок 16. Схематическое изображение метода ЛУТ.Для лазерного термораскалывания сапфира требуется температура неболее 400С, в отличие от лазерного скрайбирования, где температурадостигает 800С и более [34].Полученные при помощи метода ЛУТ торцы пластин сапфирачрезвычайно гладкие — шероховатость не превышает 10 нм.

Микродефекты51отсутствуют, что обуславливает повышенную прочность полученныхсапфировых пластин. Особо подчеркивается, что такие прочные пластинысапфира получаются стабильно [35].На рисунке 17 представлена схема лазерной резки сапфировых пластинна кристаллы в производстве светоизлучающих диодов, сочетающей методлазерного упраляемого термораскалывания с нанесением неглубокогонадреза во втором направлении с помощью УФ–лазера [35].Рисунок 17.

Характеристики

Список файлов диссертации