S: SiC gofret dilimleme ve işlemede kullanılan başlıca teknolojiler nelerdir?
A:Silisyum karbür (SiC), elmastan hemen sonra gelen bir sertliğe sahiptir ve oldukça sert ve kırılgan bir malzeme olarak kabul edilir. Büyüyen kristallerin ince levhalar halinde kesilmesini içeren dilimleme işlemi zaman alıcıdır ve kırılmaya eğilimlidir. İlk adım olarak,SiCTek kristal işlemede, dilimleme kalitesi, sonraki taşlama, parlatma ve inceltme işlemlerini önemli ölçüde etkiler. Dilimleme işlemi genellikle yüzey ve yüzey altı çatlaklarına neden olarak yonga kırılma oranlarını ve üretim maliyetlerini artırır. Bu nedenle, dilimleme sırasında yüzey çatlaklarının kontrol altına alınması, SiC cihaz üretiminin ilerlemesi için hayati önem taşır.
Mevcut SiC dilimleme yöntemleri arasında sabit aşındırıcı, serbest aşındırıcı dilimleme, lazer kesim, katman transferi (soğuk ayırma) ve elektriksel deşarj dilimleme yer almaktadır. Bunlar arasında, sabit elmas aşındırıcılarla ileri geri hareket eden çok telli dilimleme, SiC tek kristallerinin işlenmesinde en yaygın kullanılan yöntemdir. Ancak külçe boyutları 8 inç ve üzerine çıktıkça, yüksek ekipman ihtiyacı, maliyetler ve düşük verimlilik nedeniyle geleneksel tel kesme yöntemi daha az pratik hale gelmektedir. Düşük maliyetli, düşük kayıplı ve yüksek verimli dilimleme teknolojilerine acil ihtiyaç duyulmaktadır.
S: Lazer kesim yönteminin geleneksel çok telli kesim yöntemine göre avantajları nelerdir?
A:Geleneksel tel kesme,SiC külçesiBelirli bir yönde birkaç yüz mikron kalınlığında dilimler halinde işlenir. Dilimler daha sonra testere izlerini ve yüzey altı hasarlarını gidermek için elmas bulamaçları kullanılarak öğütülür, ardından küresel düzlemsellik sağlamak için kimyasal mekanik parlatma (CMP) işlemi uygulanır ve son olarak SiC yongaları elde etmek için temizlenir.
Ancak, SiC'nin yüksek sertliği ve kırılganlığı nedeniyle, bu adımlar kolayca eğilmeye, çatlamaya, artan kırılma oranlarına, daha yüksek üretim maliyetlerine ve yüksek yüzey pürüzlülüğüne ve kirliliğe (toz, atık su vb.) neden olabilir. Ayrıca, tel kesme işlemi yavaştır ve düşük verimlidir. Tahminler, geleneksel çok telli kesme işleminin yalnızca yaklaşık %50 malzeme kullanımı sağladığını ve parlatma ve taşlama işlemlerinden sonra malzemenin %75'ine kadarının kaybolduğunu göstermektedir. İlk yabancı üretim verileri, 10.000 gofret üretmenin yaklaşık 273 gün, 24 saat kesintisiz üretim gerektirebileceğini göstermiştir; bu da oldukça zaman alıcıdır.
Yurt içinde birçok SiC kristali üretim şirketi, fırın kapasitesini artırmaya odaklanmıştır. Ancak, sadece üretimi artırmak yerine, özellikle kristal üretim verimleri henüz optimum seviyede olmadığında, kayıpları nasıl azaltacağımızı düşünmek daha önemlidir.
Lazer dilimleme ekipmanı, malzeme kaybını önemli ölçüde azaltabilir ve verimi artırabilir. Örneğin, tek bir 20 mm'lik lazer kesim ekipmanı kullanmak,SiC külçesiTel kesme yöntemiyle 350 μm kalınlığında yaklaşık 30 gofret üretilebilir. Lazer dilimleme yöntemiyle 50'den fazla gofret üretilebilir. Gofret kalınlığı 200 μm'ye düşürülürse, aynı külçeden 80'den fazla gofret üretilebilir. Tel kesme yöntemi 6 inç ve daha küçük gofretler için yaygın olarak kullanılırken, 8 inçlik bir SiC külçesini geleneksel yöntemlerle dilimlemek 10-15 gün sürebilir, bu da yüksek kaliteli ekipman gerektirir ve düşük verimlilikle yüksek maliyetlere yol açar. Bu koşullar altında, lazer dilimlemenin avantajları açıkça ortaya çıkar ve onu 8 inçlik gofretler için geleceğin ana akım teknolojisi haline getirir.
Lazer kesim ile 8 inçlik gofret başına dilimleme süresi 20 dakikanın altına düşebiliyor ve gofret başına malzeme kaybı 60 μm'nin altına inebiliyor.
Özetle, çok telli kesme işlemine kıyasla lazer dilimleme daha yüksek hız, daha iyi verim, daha düşük malzeme kaybı ve daha temiz bir işlem imkanı sunmaktadır.
S: SiC lazer dilimlemede karşılaşılan temel teknik zorluklar nelerdir?
A:Lazer dilimleme işlemi iki ana adımdan oluşur: lazer modifikasyonu ve gofret ayırma.
Lazer modifikasyonunun özü, ışın şekillendirme ve parametre optimizasyonudur. Lazer gücü, nokta çapı ve tarama hızı gibi parametrelerin tümü, malzeme aşındırma kalitesini ve müteakip gofret ayırma işleminin başarısını etkiler. Modifiye edilen bölgenin geometrisi, yüzey pürüzlülüğünü ve ayırma zorluğunu belirler. Yüksek yüzey pürüzlülüğü, sonraki taşlamayı zorlaştırır ve malzeme kaybını artırır.
Modifikasyondan sonra, yonga ayrılması genellikle soğuk kırılma veya mekanik stres gibi kesme kuvvetleriyle sağlanır. Bazı ev tipi sistemler, ayırma için titreşim oluşturmak amacıyla ultrasonik dönüştürücüler kullanır, ancak bu, kırılma ve kenar kusurlarına neden olarak nihai verimi düşürebilir.
Bu iki adım doğası gereği zor olmasa da, farklı büyüme süreçleri, katkılama seviyeleri ve iç gerilim dağılımları nedeniyle kristal kalitesindeki tutarsızlıklar, dilimleme zorluğunu, verimi ve malzeme kaybını önemli ölçüde etkiler. Sadece sorunlu alanları belirlemek ve lazer tarama bölgelerini ayarlamak, sonuçları önemli ölçüde iyileştirmeyebilir.
Yaygın olarak benimsenmenin anahtarı, çeşitli üreticilerin geniş kristal kalitelerine uyum sağlayabilen yenilikçi yöntemler ve ekipmanlar geliştirmek, işlem parametrelerini optimize etmek ve evrensel uygulanabilirliğe sahip lazer dilimleme sistemleri oluşturmaktır.
S: Lazer dilimleme teknolojisi SiC'nin yanı sıra diğer yarı iletken malzemelere de uygulanabilir mi?
C: Lazer kesim teknolojisi tarihsel olarak çok çeşitli malzemelere uygulanmıştır. Yarı iletkenlerde başlangıçta yonga kesmede kullanılmış ve daha sonra büyük hacimli tek kristallerin dilimlenmesine kadar genişlemiştir.
Lazer dilimleme, SiC'nin ötesinde, elmas, galyum nitrür (GaN) ve galyum oksit (Ga₂O₃) gibi diğer sert veya kırılgan malzemeler için de kullanılabilir. Bu malzemeler üzerinde yapılan ön çalışmalar, lazer dilimlemenin yarı iletken uygulamaları için uygulanabilirliğini ve avantajlarını göstermiştir.
S: Şu anda yerli lazer kesim ekipmanı ürünleri mevcut mu? Araştırmanız hangi aşamada?
C: Büyük çaplı SiC lazer dilimleme ekipmanları, 8 inçlik SiC yonga üretiminin geleceği için temel ekipman olarak kabul edilmektedir. Şu anda bu tür sistemleri yalnızca Japonya sağlayabilmektedir ve pahalıdırlar ve ihracat kısıtlamalarına tabidirler.
SiC üretim planları ve mevcut tel kesme kapasitesi göz önüne alındığında, lazer dilimleme/inceltme sistemlerine yönelik yerel talebin yaklaşık 1.000 ünite olduğu tahmin edilmektedir. Büyük yerli şirketler geliştirmeye büyük yatırımlar yapmış olsa da, henüz olgunlaşmış, ticari olarak temin edilebilen yerli ekipman endüstriyel kullanıma sunulmamıştır.
Araştırma grupları, 2001 yılından bu yana tescilli lazer kaldırma teknolojisi geliştiriyor ve bunu artık büyük çaplı SiC lazer dilimleme ve inceltme işlemlerine de genişletti. Şunları yapabilen bir prototip sistem ve dilimleme işlemleri geliştirdiler: 4-6 inç yarı yalıtkan SiC gofretlerin kesilmesi ve inceltilmesi 6-8 inç iletken SiC külçelerinin dilimlenmesi Performans kıyaslamaları: 6-8 inç yarı yalıtkan SiC: dilimleme süresi gofret başına 10-15 dakika; malzeme kaybı <30 μm 6-8 inç iletken SiC: dilimleme süresi gofret başına 14-20 dakika; malzeme kaybı <60 μm
Tahmini gofret verimi %50'nin üzerinde arttı
Dilimleme sonrası gofretler, taşlama ve parlatma işlemlerinden sonra ulusal geometri standartlarını karşılamaktadır. Çalışmalar ayrıca, lazer kaynaklı termal etkilerin gofretler üzerindeki gerilimi veya geometriyi önemli ölçüde etkilemediğini göstermektedir.
Aynı ekipman, elmas, GaN ve Ga₂O₃ tek kristallerinin dilimlenmesinin uygulanabilirliğini doğrulamak için de kullanıldı.
Gönderim zamanı: 23 Mayıs 2025