Mikrofluidik-Laseranlagen für die Halbleiterwaferbearbeitung

Überblick über die Mikrojet-Lasertechnologie-Ausrüstung

Die Mikrojet-Lasertechnologie ist eine fortschrittliche, weit verbreitete Hybrid-Mikrobearbeitungsmethode, die einen „haardünnen“ Wasserstrahl mit einem Laserstrahl kombiniert. Durch einen Mechanismus der Totalreflexion, ähnlich einer Glasfaser, leitet der Wasserstrahl die Laserenergie präzise auf die Werkstückoberfläche. Während der Bearbeitung kühlt der Strahl kontinuierlich die Interaktionszone und entfernt effizient erzeugte Ablagerungen und Pulver, was einen saubereren und stabileren Prozess unterstützt.

Als kalter, sauberer und hochgradig kontrollierbarer Laserprozess mildert die Mikrojet-Lasertechnologie effektiv häufige Probleme, die mit der trockenen Laserbearbeitung verbunden sind, einschließlich wärmebedingter Schäden, Kontamination und Wiederablagerung, Verformung, Oxidation, Mikrorissen und Kerf-Verjüngung. Dies macht sie besonders gut geeignet für harte und spröde Halbleitermaterialien und fortschrittliche Verpackungsanwendungen, bei denen Ausbeute und Konsistenz entscheidend sind.

Grundlegende Beschreibung der Mikrojet-Laserbearbeitung

1) Laserquelle

• Diodengepumpter Festkörperlaser (DPSS) Nd:YAG-Laser

• Pulsbreite: μs/ns-Optionen

• Wellenlänge: 1064 nm / 532 nm / 355 nm Optionen

• Durchschnittsleistung: 10–200 W (typische Nennleistungen: 50/100/200 W)

2) Wasserstrahlsystem

• Gefiltertes deionisiertes (DI) Wasser, Niederdruck-/Hochdruckversorgung nach Bedarf

• Typischer Verbrauch: ~1 l/h (bei einem repräsentativen Druck von 300 bar)

• Die resultierende Kraft ist vernachlässigbar: < 0,1 N

3) Düse

• Düsendurchmesserbereich: 30–150 μm

• Düsenmaterialien: Saphir oder Diamant

4) Zusatzsysteme

• Hochdruckpumpenmodul

• Wasseraufbereitungs- und Filtersystem

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Technische Spezifikationen (Zwei Referenzkonfigurationen)

Bearbeitungsfähigkeit (Referenz)

• Oberflächenrauheit: Ra ≤ 1,6 μm (Konfiguration A) / Ra ≤ 1,2 μm (Konfiguration B)

• Bohr-/Öffnungsgeschwindigkeit: ≥ 1,25 mm/s

• Umfangschnittgeschwindigkeit: ≥ 6 mm/s

• Lineare Schnittgeschwindigkeit: ≥ 50 mm/s

Anwendbare Materialien umfassen Galliumnitrid (GaN)-Kristalle, Ultra-Breitbandlücke-Halbleiter (z. B. Diamant, Galliumoxid), Luft- und Raumfahrt-Spezialmaterialien, LTCC-Kohlenstoff-Keramik-Substrate, Photovoltaik-Materialien, Szintillatorkristalle und mehr.

Mikrojet-Laserbearbeitung

Anwendungen der Mikrojet-Lasertechnologie-Ausrüstung

1) Wafer-Schneiden (Dicing)

• Materialien: Silizium (Si), Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) und andere harte/spröde Wafer

• Wert: ersetzt Diamantblatt-Dicing und reduziert Ausbrüche

  • Kantenausbrüche: 20 μm)

• Produktivität: Schnittgeschwindigkeit kann um ~30% erhöht werden

  • Beispiel: SiC-Dicing bis zu 100 mm/s

• Stealth-Dicing: interne Lasermodifikation plus strahlunterstützte Trennung, geeignet für ultradünne Wafer (< 50 μm)

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2) Chip-Bohren und Mikrolochbearbeitung

• Durch-Silizium-Via (TSV)-Bohren für 3D-IC

• Thermische Mikroloch-Array-Bearbeitung für Leistungsbauelemente wie IGBTs

• Typische Parameter:

  • Lochdurchmesser: 10–200 μm

  • Aspektverhältnis: bis zu 10:1

  • Seitenwandrauheit: Ra 2 μm)

3) Fortschrittliche Verpackung

• RDL-Fensteröffnung: Laser + Strahl entfernt Passivierung und legt Pads frei

• Wafer-Level-Packaging (WLP): Epoxy-Molding-Compound (EMC)-Verarbeitung für Fan-Out-Gehäuse

• Vorteile: reduziert mechanisch-spannungsinduzierten Verzug; Ausbeute kann 99,5% übersteigen

4) Verbindungshalbleiter-Bearbeitung

• Materialien: GaN, SiC und andere Breitbandlücken-Halbleiter

• Anwendungsfälle:

  • Gate-Aussparung/-Kerben-Bearbeitung für HEMT-Bauelemente: Strahlgesteuerte Energiezufuhr hilft, GaN-thermische Zersetzung zu vermeiden

  • Laser-Anlassen: strahlunterstützte lokalisierte Erwärmung zur Aktivierung von ionenimplantierten Bereichen (z. B. SiC-MOSFET-Source-Bereiche)

5) Defektreparatur und Feinabstimmung

• Laser-Verschmelzung/Ablation redundanter Schaltkreise in Speicher (DRAM/NAND)

• Mikrolinsen-Array-Trimmung für optische Sensoren wie ToF

• Genauigkeit: Energie-Kontrolle ±1%; Reparatur-Positionsfehler < 0,1 μm

FAQ | Mikrojet (wasserstrahlgeführt) Lasertechnologie-Ausrüstung

Q1: Was ist Mikrojet-Lasertechnologie?
A: Es ist ein hybrider Laser-Mikrobearbeitungsprozess, bei dem ein dünner, hochgeschwindigkeits Wasserstrahl einen Laserstrahl über Totalreflexion führt, die Energie präzise auf das Werkstück liefert und gleichzeitig kontinuierliche Kühlung und Ablagerungsentfernung bietet.

Q2: Was sind die Hauptvorteile gegenüber der trockenen Laserbearbeitung?
A: Reduzierte wärmebedingte Schäden, weniger Kontamination und Wiederablagerung, geringeres Risiko von Oxidation und Mikrorissen, minimierte Kerf-Verjüngung und verbesserte Kantenqualität bei harten und spröden Materialien.

Q3: Welche Halbleitermaterialien sind am besten für die Mikrojet-Laserbearbeitung geeignet?
A: Harte und spröde Materialien wie SiC und GaN sowie Siliziumwafer. Es kann auch auf Ultra-Breitbandlücken-Materialien (z. B. Diamant, Galliumoxid) und ausgewählte fortschrittliche Keramiksubstrate angewendet werden.