Industrie	Productie van halfgeleiders, geavanceerde keramiek, halfgeleidermaterialen van de derde generatie
Proces	Waterstraalgeleide laser (WJGL) bewerking in één doorgang door gaten
Oplossing	Aangepaste 35 mm x 2 mm SiC-substraten met Φ0,15 mm precisie-microgaten
Diensten	Technisch advies, procesontwikkeling, inspectierapporten, coating & machinale bewerking op maat
Resultaten	• Uniforme gatgeometrie van inlaat tot uitlaat bevestigd door SEM • Geen meetbare tapsheid; beeldverhouding geschikt voor 2 mm dikte • Minimale hittebeïnvloede zone en vrijwel geen chippen op hard-bros SiC • Succesvolle levering en klantacceptatie voor de ontwikkeling van materiaal voor secundaire batterijen

Figuur 1: productfoto van 35 mm x 2 mm SiC-substraat na watergeleide laserbewerking met microgaten

Figuur2：SEM-afbeelding van een door VeTek watergeleide lasergefreesd gat van Φ0,15 mm in SiC-substraat

De watergeleide lasertechnologie (WJGL) van VeTek Semiconductor maakt het in één doorgang, taps toelopend bewerken van microgaten in dikke siliciumcarbide (SiC) substraten mogelijk. In een recent project werden met succes doorgaande gaten van Φ0,15 mm verwerkt op 35 mm diameter x 2 mm dikke N-type 4H-SiC-substraten. SEM-inspectie heeft zeer uniforme gatwanden van inlaat tot uitlaat geverifieerd en voldoet aan de strenge eisen van halfgeleiderkwaliteit.

1. Hoe bereikt een watergeleide laser conusvrije SiC-gaten?

Figuur3:Principe van watergeleide laser: laserenergie beperkt door hogedrukwatermicrojet (optische watervezel)

Water onder hoge druk wordt door een precisiemondstuk (30–120 µm diameter) geperst om een ​​stabiele microjet te vormen. Een gefocusseerde laser van 532 nm wordt via een glazen venster in deze straal gekoppeld. Eenmaal in de waterkolom wordt de laser beperkt door totale interne reflectie en beweegt zich voort als een ‘optische watervezel’ met hoge energiedichtheid. Wanneer de microjet in contact komt met het werkstuk, verwijdert de laser het materiaal, terwijl de continue waterstroom de snijzone afkoelt en vuil wegspoelt.

Omdat het geleidende medium een ​​cilindrische kolom met constante diameter is, blijft de uittredende laserenergie parallel over een werkafstand van enkele tientallen millimeters. Bijgevolg blijft de uitgesneden wand verticaal, zelfs op 2 mm (en tot 60 mm) dik SiC, waardoor de noodzaak voor focus-tracking wordt geëlimineerd en de tapsheid wordt voorkomen die optreedt bij laserboren in de vrije ruimte.

Figuur 4: Werkelijke foto van de watergeleide laserwerkscène

Belangrijkste procesvoordelen voor hard-brosse materialen

• Voor diktes tot 60 mm is geen focusaanpassing nodig

• Nul of bijna nul conus (10-20 µm inlaat-naar-uitgang verschil)

• Continue koeling onderdrukt thermische spanning en randafbrokkeling

• Uniforme energieverdeling over de straaldoorsnede vermindert de oppervlakteruwheid (Ra 0,3–1 µm)

• Snijbreedte zo smal als 50 µm, waardoor materiaalverlies op duur SiC wordt geminimaliseerd

2. Voordelen van watergeleide laser bij halfgeleiderkeramische verwerking

Figuur5. VeTek watergeleide laserapparatuur (WL-serie)

Traditioneel mechanisch boren van gaten met een diameter van 0,15 mm in 2 mm SiC heeft vaak last van gereedschapsbreuk, randbreuk en toenemende diametervariatie. Laserboren in de vrije ruimte genereert, hoewel het geen contact maakt, door hitte beïnvloede zones, herschikte lagen en merkbare tapsheid. Watergeleide laser overwint beide beperkingen:

1. Mogelijkheid tot doorgang in één doorgang– elimineert de uitlijningsfouten van dubbelzijdige verwerking.

2. Hoge beeldverhouding– verhoudingen van meer dan 30:1 worden routinematig bereikt.

3. Ultra-lage mechanische kracht– de waterstraalkracht bedraagt ​​slechts ~1 N, waardoor een veilige verwerking van ultradunne of kwetsbare wafels mogelijk is.

4. Schone, slakvrije oppervlakken– continu spoelen verwijdert vuil en voorkomt herafzetting.

3. Watergeleide lasertoepassingen voor microgaten met hoge beeldverhouding in SiC

Figuur6. Precisie keramische componenten verwerkt door watergeleide laser

Typische mogelijkheden zijn onder meer:

• Verwerkingsdiktebereik: 0,05–60 mm (SiC, boorcarbidekeramiek)

• Minimale opening: 0,1 mm (afhankelijk van dikte)

• Maatnauwkeurigheid: ±0,01 mm

• Oppervlakteruwheid: 0,3–1 µm

• Uitrustingsplatforms: WL-DCS200 (werkoppervlak 200 × 240 mm, 50–60 W) en WL-LCS500 (500 × 500 mm, 100–200 W)

Figuur7SEM-verificatie door klant van uniform Φ0,15 mm doorgaand gat van inlaat tot uitlaat in 2 mm SiC-substraat

Projectbewijs: Φ0,15 mm gat op 2 mm SiC

In samenwerking met een Koreaanse technologiepartner leverde VeTek vijf N-type 4H-SiC-substraten met een diameter van 35 mm en een dikte van 2 mm, elk met een nauwkeurig doorgaand gat van Φ0,15 mm. SEM-analyse uitgevoerd door de eindklant bevestigde dat het mondstukgat een uniforme cilindrische vorm behield vanaf de laseringangszijde tot de uitgangszijde. De onderdelen werden geaccepteerd voor evaluatie bij de ontwikkeling van anodemateriaal van siliciumlegeringen voor de volgende generatie lithium-ionbatterijen.

4. Veelgestelde vragen

Vraag 1: Kan een watergeleide laser gaten kleiner dan Φ0,15 mm in 2 mm SiC verwerken?

A: Voor openingen aanzienlijk kleiner dan 0,15 mm bij een dikte van 2 mm neemt de technische moeilijkheid scherp toe. Kleinere gaten (bijv. 0,06 mm) worden aanbevolen op dunnere substraten (≤0,4 mm) om de opbrengst en geometrie te behouden.

Vraag 2: Is het proces werkelijk single-pass?

EEN: Ja. De waterstraalgeleide straal plant zich in één continue handeling over de volledige dikte voort, waardoor het risico op verkeerde uitlijning bij voor- en achterboren wordt geëlimineerd.

Vraag 3: Welke inspectiegegevens kunnen worden verstrekt?

A: Bij elke batch worden dimensionale meetrapporten, optische en SEM-beelden van de gatdoorsnede en gegevens over de oppervlakteruwheid geleverd. Video's over het volledige proces blijven vertrouwelijk, maar verificatie van de voorbeeldgeometrie is standaard.

5. Conclusie

Watergeleide lasertechnologie van VeTek Semiconductor biedt een betrouwbare route met hoog rendement naar nauwkeurige microkenmerken in harde en brosse halfgeleidermaterialen. Of u nu op maat gemaakte SiC-substraten met microgaten, keramische componenten voor procesapparatuur of geavanceerde CVD SiC/TaC-coatings nodig heeft, ons engineeringteam staat klaar om uw volgende project te ondersteunen.

Ontdek onzeSiC-coatingoplossingen voor verdere technische details, of neem contact met ons op om uw specifieke bewerkingsvereisten te bespreken.