Pooljuhtkeraamiline puurimine: mikro-augud, sügavad augud ja asendi kõrvalekalded, selgitatud

Keraamilistes aluspindades olevad augud tunduvad lihtsad, kuid tegelikult on need pooljuhtpakendite üks varjatud kitsaskohti. Ainult 0,01 mm võrra nihkunud augu asend võib seadme vanarauaks minna; mikro-praod augu seinal võivad järgneva paagutamise käigus substraadi lõhkuda; ja kui laastu ei saa sügavast august välja tõmmata, läheb puur selle sees katki ja kogu substraat läheb kaotsi.

Selles juhendis on jaotatud kolm peamist keraamika puurimisprotsessi, mikro-aukude töötlemine, sügava-aukude töötlemine ja augu asukoha kõrvalekalde juhtimine ning see sisaldab parameetrite tabeleid ja defektide viitetabelit kiireks tõrkeotsinguks. Lasermarsruute võrdlevatele lugejatele on meie juhendfemtosekundi vs nanosekundi lasermikro{0}}puuriminepakub täiendavat impulsi{0}}laiuse võrdlust.

Keraamiliste aukude puurimiseks pole universaalset lahendust. Erinevad avade läbimõõdud, kuvasuhted ja täpsusnõuded viitavad erinevatele tehnilistele teedele.

Tabel 1. Kolme peavoolu keraamilise puurimisprotsessi võrdlus

Kiire valiku reegel:

• Ava läbimõõt < 0,2 mm → laser on ainus võimalus;
• Ava läbimõõt > 0,5 mm kuvasuhtega < 3:1 → mehaaniline puurimine, parim kulu-efektiivsus;
• Äärmiselt kõrge seina-kvaliteedinõue ilma kuumuse{1}}mõjutatud tsoonita → ultraheli töötlemine;
• Partii mikro{0}}augumassiivid → laser, ületamatu efektiivsus.

Märkus.Ülaltoodud väärtused on protsesside sõelumise üldised tööstusharu kogemuste vahemikud. Lõplik valik tuleb kontrollida tegeliku materjali proovitöötlusega.

Peaaegu kõik mikro{0}}augud pooljuhtkeraamikas on valmistatud laseriga. Alla 0,3 mm mehaanilised puurid purunevad kokkupuutel ja ultraheli töötlemine on liiga aeglane. Lasertöötlemine on ainus masstootmise lahendus-kontaktivaba olemuse, suure täpsuse ja tõhususe tõttu.

Paljud neist keraamilistest alusmaterjalidest jõuavad samadesse elektroonikasõlmedesse nagu trükkplaadid, kuskuidas UV-laserid teenivad PCB tootmistümardab elektroonika töötlemisahela.

1. Kuidas valida laserallikat:

Tabel 2. Laserallika valik keraamiliste mikro-aukude puurimiseks

Rusikareegel:tavalist alumiiniumoksiidi saab töödelda nanosekundilise laseriga; kaetud augud ja hermeetilised augud nõuavad pikosekundi; femtosekund on reserveeritud ülitäpse{0}}täpse{1}}arendustöö jaoks. Pulsirežiimide täieliku võrdluse saamiseks vaadake meie artiklitfemtosekundilised laserid mikro{0}}aukude töötlemisel.

2. Kolm puurimismeetodit:

• Löökpuurimine:kiireim, kuid suurem koonus ja nõrgem konsistents; sobib läbivate{0}}aukude jaoks ilma rangete täpsusnõueteta;
• Spiraalne (trepaning) puurimine:tala liigub mööda ringikujulist spiraalset rada; koonust saab reguleerida 0,5 kraadi piires; peavoolu meetod pooljuhtide mikro{1}}aukude jaoks;
• Rõnga lõikamine:tala siseneb nurga all ja pöörleb, tekitades väiksema tõhususe hinnaga sirged{0}}seinaaugud minimaalse koonusega.

3. Neli levinud mikro-auguprobleemi:

① Suure augu koonus

• Põhjus: laserpuurimine tekitab loomulikult koonuse, kuna kiire energia nõrgeneb augu sees ja väljalaskeava saab ebapiisavalt energiat.
• Vastumeetmed: spiraalne puurimine (suurem või võrdne 3 ringiga); kahe-poolne puurimine eest ja tagant; asetage fookus poolele materjali paksusest; kasutage Gaussi profiili asemel rõnga-kujulisi või tasaseid{3}}ülemisi talaprofiile.

② Uuesti valatud kiht + mikro{1}}praod augu seinal

• Põhjus: nanosekundilised laserid sulatavad materjali, mis{0}}taheneb seinale (paksus 1–10 μm).
• Vastumeetmed: lülitumine pikosekundile/femtosekundile (ümberlaadimise kiht 1 μm või väiksem); mikro-helmestega lõhkamine 0,2–0,3 MPa; lahjendatud HF või NaOH keemiline puhastus; plasma puhastamine. Pulsirežiimide sügavuse võrdlemiseks vaadake meiefemtosekundiline lasermikro{0}}puuriminejuhend.

③ Ava läbimõõdu halb konsistents

• Põhjus: laserenergia kõikumine, fookuse triiv, ebaühtlane materjali paksus.
• Vastumeetmed: kalibreerige võimsus ja fookustage iga vahetus; hoida energia stabiilsus ±2% piires; mõõta paksus ja rühm enne töötlemist; kasutage suure-täpse XY-astme (positsioneerimine Vähem kui ±1 μm või sellega võrdne).

④ Sisenemise/väljumise kiibistamine

• Põhjus: keraamika on rabe ja pinge koondub servadesse.
• Vastumeetmed: lisage sissepääsule ohvrikiht (lint/vaskfoolium); lisage väljapääsu juurde tugi (klaas/grafiit); kahe-etapiline eelpuurimine- + hõõritsus; juhtida ühe-impulsi energiat.

Sügavate aukude suurim vaenlane ei ole kõvadus -, vaid laastude eemaldamine. Keraamilised laastud on kõvad ja rabedad; kui need augu põhjas ummistuvad, läheb puur katki.

1. Puurimine: sügavate aukude standardoperatsioon

Põhiidee on lihtne: puurige veidi sisse, tõmmake veidi tagasi, nii et laastud loputatakse välja ja jahutusvedelik voolab sisse.

• Samm (nokimise sügavus):tõmmake iga 0,3–0,5 mm ette; mida väiksem on samm, seda suurem on kuvasuhe - kasutage 0,3 mm 10:1 juures ja vähendage 0,1–0,2 mm-ni üle 10:1;
• Sissetõmbamiskaugus:tõmmake puur augu suust täielikult välja - ärge tõmmake ainult veidi tagasi;
• Oodake pärast tagasitõmbamist:tehke 0,1–0,3 s paus, et jahutusvedelik saaks augu puhtaks loputada;
• Kuvasuhe > 8:1:kasutage kolme-etapilise meetodit - pilootava → sügav auk → hõõritamine.

2. Tööriista valik: Teemantkate on standardne

Ettevaatust:teemantkate ei sobi räninitriidi (Si₃N₄) töötlemiseks - keemiline reaktsioon põhjustab katte koorumise.

3. Jahutus: rõhk ja vool on mõlemad olulised

• Esiteks sisemine jahutusvedelik:rõhk 3 MPa või suurem, vooluhulk 5 l/min või suurem; jahutusvedelik tarnitakse külviku seest lõikeservadesse;
• Välise jahutusvedeliku lisand:düüs on suunatud ava suudmele, vooluhulk 10 L/min või suurem, rõhk 1 MPa või suurem;
• Jahutusvedeliku tüüp:vee{0}}põhine lõikevedelik (kontsentratsioon 5–8%), vältige puhast õli;
• Filtreerimine:Vähem kui 10 μm või sellega võrdne, et vältida ringluses olevate laastude löömist augu seinale.

4. Protsessi parameetrid: konservatiivne lööb agressiivselt

Tabel 3. Keraamiliste sügavate aukude jaoks soovitatavad puurimisparameetrid (viide)

Kogemus:käivitage esimene osa konservatiivsete parameetritega, jälgige laastude ja puuride kulumist, seejärel optimeerige. Keraamika töötlemisel lööb aeglane ja ühtlane kiiresti. Ühe katkise puuri kadu on palju suurem kui selle hoolikale kasutamisele kuluv aeg.

5. Juhised ja tugi: aukude triivimise vältimine

• Piloodi auk:esmalt puurige lühikese puuriga 0,5–1 mm sügavune keskauk, seejärel minge pika puuriga;
• Puuripuksi juhised:puks---puurimise vahe Vähem kui 0,005 mm või sellega võrdne, asetatud tooriku pinnale võimalikult lähedale;
• Pinna tasandamine:tasasus Vähem kui 0,01 mm või sellega võrdne, et tagada puuri risti sisenemine;
• Välju toest:asetage grafiidist või puidust alusplaat vahetult enne läbimurret, et vähendada lõhenemist ja lööke.

Positsioonihälve esineb kahel kujul, millel on erinevad põhjused ja erinevad vastumeetmed.

① Sisestuspositsiooni nihe (valed koordinaadid)

Põhjused:pinna libisemine lõike alguses; armatuuri halb korratavus; masina ebapiisav positsioneerimise täpsus.

Vastumeetmed:

• Mehaaniline puurimine: esmalt puurige keskmine lohk (sügavus 0,1–0,2 mm), seejärel puurige auk;
• Laser: enne tegelikku puurimist tulistage positsioneerimismärk 20–30% energiaga;
• Kinnitus: kinnitustihvtid + korratavusega vaakumpadrun Vähem kui 0,005 mm - ärge kunagi kinnitage keraamikat otse pingikruustesse;
• Varustus: lasermasinad nägemise positsioneerimisega, mis tuvastab automaatselt kompenseerimiseks märgipunktid; mehaanilised masinad kasutavad servaotsija tsentreerimist ( 0,002 mm või vähem);
• Esimene-osa ülevaatus on kohustuslik: enne partii käivitamist mõõtke augu koordinaadid nägemismõõtmismasinaga.

② Ava telje kalle (auk on kaldu)

Põhjused:puuri ebapiisav jäikus; asümmeetrilised lõikejõud; ebaühtlane pind; tööriistahoidiku liigne kulumine.

Vastumeetmed:

• Hoidke pikkuse-ja-läbimõõdu suhe 8:1 või väiksem; peale selle kasutage astmelisi või püstoliharjutusi;
• Kõigepealt tasandage tooriku pind (tasasus 0,01 mm või väiksem);
• Puurimispuksi juhtimine toega nii sisenemisel kui ka väljumisel;
• Üli-täpsed tööriistahoidikud (kahanevad-sobivad või hüdraulilised), radiaalne väljalaskeava Vähem kui 0,003 mm või sellega võrdne;
• Sisestage lõige 50% ettenihkega ja naaske normaalsele ettenihkele pärast 0,5 mm läbitungimist.

Positsioonihälbe mõõtmine

Tavalised kontrollid hõlmavad nelja asja: ava asukoha täpsus, augu läbimõõdu tolerants, augu telje kalle ja siseseina kvaliteet. Mõõtmismeetodid on kokku võetud allpool.

Tabel 3b. Aukude asukoha hälbe kontrollimise meetodid

Kontrollige esimest osa ja kinnitage tulemused enne masstootmise alustamist.

Tabel 4. Keraamilise puurimise defektide veaotsingu tabel

Kõigi aukude{0}}puurimise nõuete puhul läheb nende nelja sammu järgimine harva valesti:

Samm 1 - Ava läbimõõt

• < 0.2 mm → laser (the only feasible option);
• 0,2–0,5 mm → laser või ultraheli;

• >0,5 mm → mehaaniline puurimine (parim kulu{1}}efektiivsus).

Samm 2 - Kontrollige kuvasuhet

• Väiksem või võrdne 3:1 → mis tahes protsess; vali madalaim hind;
• 3:1–10:1 → mehaaniline (peck-puurimine + sisemine jahutusvedelik) või laser;
• >10:1 → laseril on selge eelis või kasutage spetsiaalset sügav-augupuurimismasinat.

Samm 3 - Kontrollige täpsust ja augu seina

• Ava asend vahemikus ±0,005 mm → laser (nägemispositsioneerimisega);
• Seina karedus Ra Väiksem või võrdne 0,8 → mehaaniline + hõõritsus või ultraheli;
• Uuesti valatud kiht pole lubatud → pikosekund/femtosekund või mehaaniline/ultraheli;
• Nõutav hermeetilisus → mehaaniline + lappimine; laser vajab järel{1}}ravi.

Samm 4 - Kontrollige partii suurust ja maksumust

• Väike partii / R&D → kasutage olemasolevaid seadmeid, jääge paindlikuks;
• Suur partii mikro-auke → laser (kõrge efektiivsus, madal hind ühe-augu kohta);
• Suur partii suuri auke → mehaaniline (odavad seadmed, odavad tööriistad).

Tabel 5. Tüüpilised puurimisjuhised keraamiliste materjalide järgi (tööstuse üldine viide)

Märkus.Ülaltoodu on üldine tööstusharu kogemus ainult protsesside sõelumiseks. Tegelikud parameetrid tuleb kontrollida proovitöötlemisega tegelike materjalide, seadmete ja kvaliteedinõuete alusel.

① Valige protsess vastavalt materjalile - alati esimene.mikro-augud → laser; sügavad augud → mehaaniline puurimine; asendi hälve → kinnitus ja positsioneerimine. Universaalset protsessi pole olemas, on ainult kõige sobivam.

② Toetage alati väljapääsu poolt.Grafiidist, klaasist või puidust aluspinnatööd; see on madalaima-kuluga ja tõhusaim-kiibistamise vastane meede.

③ Jätke parameetri veeris -, ärge kunagi masinaga lae alla.Hoidke 10–20% laserenergia varu ja 30% mehaanilist etteandevaru. Lae parameetrid purunevad materjali kõikumisel.

④ Esimene-osa ülevaatus ei ole-läbiräägitav.Kasutage visuaalset mõõtmismasinat augu asukoha, läbimõõdu ja kalde määramiseks - 10 minutit, et vältida terve partii lammutamist.

⑤ Tööriista/laseri seisukord on olulisem kui parameetrid.Kulunud puur või triivinud laser muudab isegi kõige täpsema programmi kasutuks. Koostage tööriista eluea juhtimine ja regulaarne kalibreerimisgraafik.

⑥ Laser{0}}puuritud aukude{0}}järgne töötlemine on kohustuslik.Uuesti valatud kiht ja mikro{0}}praod pärast nanosekundilist laserpuurimist on peaaegu vältimatud - lõhkamine, keemilist puhastust ja plasmatöötlust ei tohiks vahele jätta.

Keraamiliste aukude puurimine on süsteemitehniline probleem, mis hõlmab materjale, seadmeid, protsessi ja kontrolli. Ainult siis, kui iga detail on kontrolli all, saate teha suure täpsuse, suure konsistentsi ja suure töökindlusega auke.

Kui hindate atäppis-lasertöötlusseadmedlahendus keraamiliste mikro{0}}aukude - jaoks või vajate aUV laserpeenkeraamika- ja klaasitööde jaoks - võtke meiega ühendust oma materjali, augu läbimõõdu, kuvasuhte ja täpsusnõuetega: teeme proovitestid ja kinnitame konfiguratsiooni tegeliku materjaliga. Keraamiliste osade üldiste identifitseerimis- ja märgistamisrakenduste jaoks on meielasermärgistusmasinadon saadaval ka näidis{0}}testimise toega.

See artikkel on koostatud pooljuhtkeraamika töötlemise tööstuse üldisest protsessikogemusest. Konkreetseid parameetreid tuleb kohandada vastavalt tegelikule materjalile, seadmetele ja nõuetele.