Jul 18, 2023Zostaw wiadomość

Rola laserów w produkcji półprzewodników

Półprzewodniki są integralną częścią wewnętrznego działania urządzeń medycznych, przyczyniając się do przewodnictwa między nieprzewodnikami a przewodnikami w celu kontrolowania prądu. Z kolei proces montażu idealnego półprzewodnika jest bardzo szczegółowy, zwłaszcza teraz, gdy urządzenia stają się coraz mniejsze. Ponieważ półprzewodniki są szybko miniaturyzowane, aby pasowały do ​​tych mniejszych urządzeń, rola laserów w produkcji półprzewodników dostosowała się.

Technologia laserowa jest często stosowana w produkcji półprzewodników ze względu na jej cienkie, precyzyjne, wszechstronne i mocne wiązki z różnych powodów, w tym cięcia, spawania, usuwania powłok i znakowania.

Cięcie/trasowanie

Produkcja półprzewodników obejmuje różne etapy krojenia w kostkę, w tym wycinanie płytek z bloków kryształów i szablonów z cienkich warstw. Kostkowanie za pomocą lasera zapewnia czyste cięcie wiórów, tak aby pasowały one do końcowego urządzenia. Korzystanie z laserów umożliwia cięcie półprzewodników na wiele kształtów i wzorów, które nie są możliwe przy użyciu innych metod krojenia w kostkę. Według Fu Foundation School of Engineering and Applied Science na Uniwersytecie Columbia cięcie płytek za pomocą tej metody zmniejsza zużycie narzędzi i straty materiału oraz skutkuje wyższą wydajnością.

W materiale badawczym firmy Columbia dotyczącym obróbki laserowej półprzewodników stwierdza się, że „zalety cięcia laserowego obejmują mniejsze zużycie narzędzi, mniejsze straty materiału wokół cięcia, wyższą wydajność dzięki mniejszej liczbie pęknięć i szybszy czas realizacji dzięki łatwości mocowania”.

Inną opcją cięcia jest trasowanie — wiercenie serii blisko rozmieszczonych lub zachodzących na siebie nieprzelotowych otworów w połowie materiału. Jest to metoda szeroko stosowana w zastosowaniach związanych z produkcją półprzewodników, takich jak cięcie podłoży z tlenku glinu na nośniki chipów lub rozdzielanie płytek krzemowych na chipy. Warto zauważyć, że rodzaj lasera wymaganego do trasowania zależy od użytego materiału.

Uniwersytet mówi: „Trasowanie tlenkiem glinu wykorzystuje lasery CO2, podczas gdy rysowanie krzemowe wykorzystuje lasery Nd: YAG, ponieważ różne materiały mają różne szybkości absorpcji przy różnych długościach fal”.

Motywacja do używania trasowania zamiast cięcia zależy od szybkości, z jaką akcja odbywa się w warsztacie produkcyjnym. „W przypadku tlenku glinu, który ma grubość około 0,025 cala, materiał można rysować z szybkością około 10 cali na sekundę przy użyciu lasera CO2 o średniej mocy, podczas gdy w przypadku podobnego lasera szybkość cięcia może być ułamkami cala na sekundę” – piszą pracownicy uniwersytetu. „Rysowanie ma również tę zaletę, że umożliwia zarysowanie podłoża przed zakończeniem przetwarzania, a następnie łatwe rozdzielenie go na wióry po obróbce”.

Welding

Lutowanie laserowe lub spawanie diodami laserowymi to proces stapiania ze sobą sąsiednich części elementu półprzewodnikowego, podobnie jak mocowanie płytki do płyty nośnej. W przypadku płyt nośnych, które są gotowe do sklejenia (takich jak ramy ołowiane), laser umieszcza znak identyfikacyjny na ramie, a następnie szorstkuje powierzchnię, aby upewnić się, że dwie części są ze sobą bezpiecznie połączone. Po połączeniu maszyna do znakowania laserowego usuwa zadziory powstałe w procesie szorstkowania.

Usuwanie powłoki

Zapewnienie, że półprzewodniki są czyste i wolne od wad, jest częścią procesu produkcyjnego zwanego usuwaniem powłoki. Za pomocą lasera (zwykle Nd:YAG) można usunąć niechciane powłoki, tak jak w przypadku żywicy lub miedzi, a także złota lub powłok cienkowarstwowych. Do usuwania zadziorów laser wykorzystuje swoją delikatną, precyzyjną wiązkę, aby usunąć nadmiar materiału bez powodowania uszkodzeń produktu.Usuwanie powłokpozwala na dokładniejszą analizę defektów, eliminując konieczność demontażu w celu sprawdzenia, co mogłoby skutkować uszkodzeniem produktu.

Cechowanie

Laserowe znakowanie półprzewodnikówjest ważny dla identyfikowalności i czytelności produktu, co oznacza, że ​​laser musi być wyraźnie czytelny nawet przy bardzo małych czcionkach. Identyfikowalność produktu oznacza, że ​​produkt można śledzić na wielu etapach produkcji, jak również w końcowej dystrybucji. Ułatwia to znalezienie i wyizolowanie określonych kategorii defektów.

Oznakowane chipy również muszą być czytelne, ponieważ znakowanie jest użytecznym sposobem określenia, który produkt nadaje się do zastosowania. Według Wafer World: „Laser nie tylko tnie powierzchnię płytki, ale także przestawia cząsteczki powierzchni, tworząc niezwykle płytkie, ale łatwe do odczytania oznaczenia”.

Istnieją dwa rodzaje znaczników stosowanych na półprzewodnikach: znaczniki wytrawiane i znaczniki wyżarzane. Markery wytrawiające to cienkie warstwy materiału, które są usuwane za pomocą lasera, pozostawiając teksturowany ślad o głębokości około 12 do 25 mikronów. Są one często określane jako „twarde ślady”, ponieważ występują widoczne zmiany w warstwie wierzchniej.

Z drugiej strony ślady wyżarzania wykorzystują laser ustawiony na niższy poziom mocy, aby zmienić układ cząsteczek zamiast ich wytrawiania. Tworzy to kontrast na powierzchni chipa, który jest widoczny po odbiciu światła.

Typ lasera

Obecnie firmy najczęściej używają laserów na ciele stałym do produkcji chipów, ponieważ są one znane ze swojej dużej mocy i wykorzystują rudę jako ośrodek laserowy. Pożywki mineralne zazwyczaj składają się z kryształów itru, glinu, granatu lub wanadanu itru. Na przykład lasery Nd:YAG wykorzystują kryształy granatu itrowo-aluminiowego domieszkowane neodymem jako medium. Wiązka laserowa jest generowana za pomocą oscylatora, który stymuluje ośrodek światłem z diody laserowej.

Keyence mówi, że jednym z rodzajów laserów na ciele stałym używanym do znakowania, grawerowania i krojenia chipów jest laser światłowodowy, dodając, że szybkie lasery wykorzystują „światłowody jako rezonatory i tworzą nakładające się struktury za pomocą płaszcza z włókien domieszkowanych jonami Yb”. zauważając, że jej lasery światłowodowe są znane jako seria MD-F 3-osiowych laserów światłowodowych. „Niektóre zastosowania laserów światłowodowych obejmują usuwanie zadziorów z procesów przedprodukcyjnych, oznaczanie kodów identyfikowalności i usuwanie żywicy w celu analizy defektów”.

Lasery ekscymerowe są również wykorzystywane w produkcji półprzewodników. To są głębokieultrafioletowyLasery (UV) o długości fali w zakresie od 126 nm do 351 nm, które są używane głównie do mikroobróbki polimerów. Krótsze wiązki lasera UV w porównaniu z półprzewodnikowymi sprawiają, że nadają się do każdego rodzaju materiału, w tym materiałów bardzo delikatnych i delikatnych, i pozwalają im pracować na bardzo małym precyzyjnym obszarze ze zmniejszonym punktem działania. Podczas znakowania laser UV zmienia strukturę materiału produktu na poziomie molekularnym bez generowania ciepła w otaczającym obszarze.

Innowacja laserowa

Obecnie lasery na ciele stałym i ekscymerowe są postrzegane jako główne opcje wykorzystania produkcji laserowej do produkcji półprzewodników. Jednak wkrótce może pojawić się nowa opcja, która mogłaby konkurować z klasykami. W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature zespół naukowców z Uniwersytetu w Kioto, kierowany przez Susumu Noda, napisał, że podjął kroki w celu przezwyciężenia ograniczeń jasności lasera półprzewodnikowego poprzez zmianę struktury laserów emitujących powierzchnię kryształów fotonicznych (PCSEL). Według Instytutu Inżynierów Elektryków i Elektroników jasność jest zaletą obejmującą stopień skupienia lub rozbieżności wiązki światła. PCSEL, choć postrzegane jako atrakcyjna opcja dla laserów o dużej jasności, wcześniej były nieskalowalne do użytku w dużych -operacje na skalę ze względu na wyzwania związane z rozmiarem i jasnością laserów.

Często problem z PCSEL wynika z chęci poszerzenia ich obszaru emisji, co oznacza, że ​​jest miejsce na oscylacje światła w kierunku emisji oraz w kierunku poprzecznym. „Te oscylacje poprzeczne są znane jako mody wyższego rzędu i mogą zniszczyć jakość wiązki” – pisze IEEE. „Ponadto, jeśli laser działa w sposób ciągły, ciepło wewnątrz lasera może zmienić współczynnik załamania światła urządzenia, prowadząc do dalszego pogorszenia jakości wiązki”.

W badaniu Nature naukowcy wykorzystali kryształy fotoniczne osadzone w laserze i „dostosowali wewnętrzny odbłyśnik, aby umożliwić oscylacje jednomodowe na większym obszarze i zrekompensować uszkodzenia termiczne”. Zmiany te pozwoliły laserowi na utrzymanie wysokiej jakości wiązki podczas ciągłej pracy.

Naukowcy opracowali w swoich badaniach PCSEL o średnicy 3-mm, będący 10-krotnym skokiem w stosunku do poprzedniego urządzenia PCSEL o średnicy 1-mm.

„Dla lasera emitującego powierzchnię kryształu fotonicznego o dużej średnicy rezonansowej wynoszącej 3 mm, mocy wyjściowej [fali ciągłej] powyżej 5 0 W, czystych oscylacjach jednomodowych i niezwykle wąskiej rozbieżności wiązki wynoszącej 0,05 stopień , odpowiadający ponad 10,{8}} długościom fal w materiale, został osiągnięty” – napisali naukowcy w badaniu. Jasność...... sięga 1 GW cm-2 sr-1, co jest porównywalne z istniejącymi dużymi laserami”.

Warto zauważyć, że przez „lasery wielkoobjętościowe” badacze rozumieją lasery na ciele stałym i ekscymerowe, stosowane obecnie w produkcji laserów półprzewodnikowych.

W ramach procesu tworzenia centrum doskonałości o powierzchni 1,{1}}metra kwadratowego zajmującego się laserami emitującymi powierzchnię dla kryształów fotonicznych na Uniwersytecie w Kioto, Noda i jego zespół również przeszli od wytwarzania kryształów fotonicznych przy użyciu litografii wiązką elektronów do wytwarzanie ich za pomocą litografii nanoimprint.

"Litografia elektronowa jest precyzyjna, ale zwykle zbyt wolna dla produkcji na dużą skalę" - mówi IEEE. „Litografia nanoimprint zasadniczo wytłacza wzory na półprzewodnikach i jest przydatna do szybkiego tworzenia bardzo regularnych wzorów”.

Zgodnie z badaniem, następnym krokiem jest dalsze zwiększanie średnicy lasera z 3 do 10 milimetrów – rozmiar, który podobno wytwarza 1 kilowat mocy wyjściowej.

Wyślij zapytanie

whatsapp

Telefon

Adres e-mail

Zapytanie