Průmysl	Výroba polovodičů, pokročilá keramika, polovodičové materiály třetí generace
Proces	Jednoprůchodové obrábění průchozích otvorů vodním paprskem (WJGL).
Řešení	Vlastní substráty SiC 35 mm × 2 mm s přesnými mikrootvory Φ0,15 mm
Služby	Technické konzultace, vývoj procesů, kontrolní zprávy, povrchové úpravy a obrábění na míru
Výsledky	• Jednotná geometrie otvoru od vstupu k výstupu potvrzená SEM • Žádný měřitelný kužel; poměr stran vhodný pro tloušťku 2 mm • Minimální tepelně ovlivněná zóna a prakticky žádné vydrolování tvrdě křehkého SiC • Úspěšná dodávka a přijetí zákazníkem pro vývoj materiálu sekundární baterie

Obrázek 1: Produktová fotografie 35 mm × 2 mm SiC substrátu po vodou vedeném laserovém obrábění mikrootvorů

Postava2：SEM snímek VeTek vodou řízeného laseru obrobeného otvoru Φ0,15 mm v substrátu SiC

Technologie laseru řízeného vodou (WJGL) společnosti VeTek Semiconductor umožňuje jednoprůchodové obrábění mikrootvorů bez zúžení v silných substrátech z karbidu křemíku (SiC). V nedávném projektu byly úspěšně zpracovány průchozí otvory Φ0,15 mm na substrátech typu N 4H-SiC o průměru 35 mm × 2 mm tlustých. Inspekce SEM ověřila vysoce rovnoměrné stěny otvorů od vstupu k výstupu, splňující přísné požadavky na polovodičovou třídu.

1. Jak vodou vedený laser dosáhne bezúhlových SiC otvorů?

Postava3:Princip vodou naváděného laseru: laserová energie omezená vysokotlakým vodním mikrotryskem (vodní optické vlákno)

Vysokotlaká voda je protlačována přes přesnou trysku (průměr 30–120 µm) a vytváří stabilní mikrotrysky. Zaostřený laser o vlnové délce 532 nm je napojen na tento paprsek přes skleněné okénko. Jakmile je laser uvnitř vodního sloupce, je omezen úplným vnitřním odrazem a cestuje jako „vodné optické vlákno s vysokou hustotou energie“. Když se mikrotryska dotkne obrobku, laser odebírá materiál, zatímco nepřetržitý proud vody ochlazuje řeznou zónu a proplachuje nečistoty.

Protože vodicím médiem je válcový sloupek konstantního průměru, zůstává vystupující laserová energie rovnoběžná v pracovní vzdálenosti několika desítek milimetrů. V důsledku toho zůstává řezaná stěna svislá i na SiC o tloušťce 2 mm (a až 60 mm), což eliminuje potřebu sledování zaostření a zabraňuje zkosení, které se objevuje při laserovém vrtání ve volném prostoru.

Obrázek 4: Aktuální fotografie vodou naváděné pracovní scény laseru

Klíčové výhody procesu pro tvrdé křehké materiály

• Pro tloušťky do 60 mm není nutné žádné nastavení zaostření

• Nulový nebo téměř nulový kužel (rozdíl 10–20 µm mezi vstupem a výstupem)

• Nepřetržité chlazení potlačuje tepelné namáhání a odlamování hran

• Rovnoměrné rozložení energie napříč průřezem paprsku snižuje drsnost povrchu (Ra 0,3–1 µm)

• Šířka zářezu již 50 µm, což minimalizuje ztráty materiálu u drahého SiC

2. Výhody vodou řízeného laseru při zpracování polovodičové keramiky

Postava5. Vodou naváděné laserové zařízení VeTek (řada WL)

Tradiční mechanické vrtání otvorů Φ0,15 mm do 2 mm SiC často trpí zlomením nástroje, lomem břitu a progresivní změnou průměru. Laserové vrtání ve volném prostoru, i když je bezkontaktní, vytváří tepelně ovlivněné zóny, přetavené vrstvy a znatelné zkosení. Vodou vedený laser překonává obě sady omezení:

1. Možnost jednoho průchozího otvoru– eliminuje chyby zarovnání při oboustranném zpracování.

2. Vysoký poměr stran– běžně se dosahují poměry přesahující 30:1.

3. Ultra nízká mechanická síla– síla vodního paprsku je pouze ~1 N, což umožňuje bezpečné zpracování ultratenkých nebo křehkých plátků.

4. Čisté povrchy bez strusky– nepřetržité proplachování odstraňuje nečistoty a zabraňuje opětovnému usazování.

3. Vodou naváděné laserové aplikace pro mikrootvory s vysokým poměrem stran v SiC

Postava6. Přesné keramické komponenty zpracované vodou řízeným laserem

Mezi typické schopnosti patří:

• Rozsah tloušťky zpracování: 0,05–60 mm (SiC, keramika z karbidu bóru)

• Minimální otvor: 0,1 mm (v závislosti na tloušťce)

• Rozměrová přesnost: ±0,01 mm

• Drsnost povrchu: 0,3–1 µm

• Platformy vybavení: WL-DCS200 (pracovní plocha 200 × 240 mm, 50–60 W) a WL-LCS500 (500 × 500 mm, 100–200 W)

Postava7.SEM ověření stejnoměrného průchozího otvoru Φ0,15 mm od vstupu k výstupu v substrátu SiC 2 mm

Důkaz projektu: Otvor Φ0,15 mm na 2 mm SiC

Ve spolupráci s korejským technologickým partnerem dodal VeTek pět substrátů typu N 4H-SiC o průměru 35 mm a tloušťce 2 mm, z nichž každý obsahuje přesný průchozí otvor Φ0,15 mm. SEM analýza provedená koncovým zákazníkem potvrdila, že otvor trysky si zachoval stejnoměrný válcový tvar od strany vstupu laseru po stranu výstupu. Díly byly přijaty k hodnocení při vývoji materiálu anody z křemíkové slitiny pro lithium-iontové baterie nové generace.

4. FAQ

Q1: Mohou vodou vedené laserové otvory zpracovávat menší než Φ0,15 mm v 2 mm SiC?

Odpověď: U otvorů výrazně pod 0,15 mm na tloušťce 2 mm technická obtížnost prudce narůstá. Menší otvory (např. 0,06 mm) se doporučují na tenčích substrátech (≤0,4 mm), aby se zachovala výtěžnost a geometrie.

Otázka 2: Je proces skutečně jednoprůchodový?

A: Ano. Paprsek vedený vodním paprskem se šíří po celé tloušťce v jedné nepřetržité operaci, čímž se eliminuje riziko nesouososti při vrtání zepředu a zezadu.

Q3: Jaké údaje o kontrole lze poskytnout?

Odpověď: S každou šarží jsou dodávány protokoly o rozměrových měřeních, optické snímky a snímky SEM průřezu otvoru a údaje o drsnosti povrchu. Videa celého procesu zůstávají důvěrná, ale ověření geometrie vzorku je standardní.

5. Závěr

Vodou řízená laserová technologie od VeTek Semiconductor nabízí spolehlivou cestu s vysokou výtěžností k přesným mikrofunkcím v tvrdých a křehkých polovodičových materiálech. Ať už požadujete zakázkové SiC substráty s mikrootvory, keramické komponenty pro procesní zařízení nebo pokročilé CVD SiC/TaC povlaky, náš technický tým je připraven podpořit váš další projekt.

Prozkoumejte našeRoztoky povlaků SiC pro další technické podrobnosti nebo nás kontaktujte, abychom projednali vaše specifické požadavky na obrábění.