Indústria	Fabricação de semicondutores, cerâmica avançada, materiais semicondutores de terceira geração
Processo	Usinagem de furo passante de passagem única a laser guiado por jato de água (WJGL)
Solução	Substratos SiC personalizados de 35 mm × 2 mm com microfuros de precisão de Φ0,15 mm
Serviços	Consultoria técnica, desenvolvimento de processos, relatórios de inspeção, revestimento e usinagem personalizados
Resultados	• Geometria uniforme do furo da entrada à saída confirmada por SEM • Sem redução mensurável; proporção de aspecto adequada para espessura de 2 mm • Zona mínima afetada pelo calor e praticamente nenhum lascamento em SiC duro e quebradiço • Entrega bem-sucedida e aceitação do cliente para desenvolvimento de material de bateria secundária

Figura 1: foto do produto de substrato SiC de 35 mm × 2 mm após usinagem de microfuros a laser guiada por água

Figura2：Imagem SEM do furo de Φ0,15 mm usinado a laser guiado por água VeTek no substrato de SiC

A tecnologia de laser guiado por água (WJGL) da VeTek Semiconductor permite usinagem de microfuros sem conicidade e em uma única passagem em substratos espessos de carboneto de silício (SiC). Em um projeto recente, furos passantes de Φ0,15 mm foram processados ​​com sucesso em substratos 4H-SiC tipo N de 35 mm de diâmetro x 2 mm de espessura. A inspeção SEM verificou paredes de furos altamente uniformes da entrada à saída, atendendo aos rigorosos requisitos de grau de semicondutores.

1. Como o laser guiado por água consegue furos de SiC sem conicidade?

Figura3:Princípio do laser guiado por água: energia do laser confinada por microjato de água de alta pressão (fibra óptica de água)

Água de alta pressão é forçada através de um bico de precisão (30–120 µm de diâmetro) para formar um microjato estável. Um laser focado de 532 nm é acoplado a este jato através de uma janela de vidro. Uma vez dentro da coluna de água, o laser é confinado pela reflexão interna total e viaja como uma “fibra óptica de água” de alta densidade de energia. Quando o microjato entra em contato com a peça de trabalho, o laser faz a ablação do material enquanto o fluxo contínuo de água resfria a zona de corte e elimina os detritos.

Como o meio guia é uma coluna cilíndrica de diâmetro constante, a energia do laser emergente permanece paralela ao longo de uma distância de trabalho de várias dezenas de milímetros. Consequentemente, a parede cortada permanece vertical mesmo em SiC de 2 mm (e até 60 mm) de espessura, eliminando a necessidade de rastreamento de foco e evitando a conicidade que aparece na perfuração a laser em espaço livre.

Figura 4: Foto real da cena de trabalho do laser guiado por água

Principais vantagens do processo para materiais duros e frágeis

• Não é necessário ajuste de foco para espessuras de até 60 mm

• Conicidade zero ou quase zero (diferença entre entrada e saída de 10–20 µm)

• O resfriamento contínuo suprime o estresse térmico e o lascamento das bordas

• A distribuição uniforme de energia em toda a seção transversal do jato reduz a rugosidade da superfície (Ra 0,3–1 µm)

• Largura de corte tão estreita quanto 50 µm, minimizando a perda de material em SiC caro

2. Vantagens do laser guiado por água no processamento de cerâmica semicondutora

Figura5. Equipamento laser guiado por água VeTek (série WL)

A perfuração mecânica tradicional de furos de Φ0,15 mm em SiC de 2 mm freqüentemente sofre quebra de ferramenta, fratura de borda e variação progressiva de diâmetro. A perfuração a laser em espaço livre, embora sem contato, gera zonas afetadas pelo calor, camadas reformuladas e conicidade perceptível. O laser guiado por água supera ambos os conjuntos de limitações:

1. Capacidade de passagem única– elimina os erros de alinhamento do processamento frente e verso.

2. Alta proporção– proporções superiores a 30:1 são rotineiramente alcançadas.

3. Força mecânica ultrabaixa– a força do jato de água é de apenas ~1 N, permitindo o processamento seguro de wafers ultrafinos ou frágeis.

4. Superfícies limpas e sem escória– a lavagem contínua remove detritos e evita a redeposição.

3. Aplicações de laser guiado por água para microfuros de alta proporção em SiC

Figura6. Componentes cerâmicos de precisão processados ​​por laser guiado por água

Os recursos típicos incluem:

• Faixa de espessura de processamento: 0,05–60 mm (SiC, cerâmica de carboneto de boro)

• Abertura mínima: 0,1 mm (dependendo da espessura)

• Precisão dimensional: ±0,01 mm

• Rugosidade da superfície: 0,3–1 µm

• Plataformas de equipamentos: WL-DCS200 (área de trabalho de 200 × 240 mm, 50–60 W) e WL-LCS500 (500 × 500 mm, 100–200 W)

Figura7Verificação SEM do cliente de furo passante uniforme de Φ0,15 mm da entrada à saída em substrato de SiC de 2 mm

Evidência do projeto: Furo de Φ0,15 mm em SiC de 2 mm

Em colaboração com um parceiro de tecnologia coreano, a VeTek forneceu cinco substratos 4H-SiC tipo N de 35 mm de diâmetro e 2 mm de espessura, cada um contendo um furo passante de precisão de Φ0,15 mm. A análise SEM realizada pelo cliente final confirmou que o orifício do bico mantinha um formato cilíndrico uniforme do lado de entrada do laser até o lado de saída. As peças foram aceitas para avaliação no desenvolvimento de material anódico de liga de silício para baterias de íon-lítio de próxima geração.

4. Perguntas frequentes

Q1: O laser guiado por água pode processar furos menores que Φ0,15 mm em SiC de 2 mm?

R: Para aberturas significativamente abaixo de 0,15 mm em 2 mm de espessura, a dificuldade técnica aumenta acentuadamente. Furos menores (por exemplo, 0,06 mm) são recomendados em substratos mais finos (≤0,4 mm) para manter o rendimento e a geometria.

Q2: O processo é verdadeiramente de passagem única?

R: Sim. O feixe guiado por jato de água se propaga por toda a espessura em uma operação contínua, eliminando o risco de desalinhamento da perfuração frontal e traseira.

Q3: Quais dados de inspeção podem ser fornecidos?

R: Relatórios de medição dimensional, imagens ópticas e SEM da seção transversal do furo e dados de rugosidade da superfície são fornecidos com cada lote. Os vídeos completos do processo permanecem confidenciais, mas a verificação da geometria da amostra é padrão.

5. Conclusão

A tecnologia de laser guiado por água da VeTek Semiconductor oferece uma rota confiável e de alto rendimento para micro-recursos de precisão em materiais semicondutores duros e frágeis. Se você precisa de substratos de SiC personalizados com microfuros, componentes cerâmicos para equipamentos de processo ou revestimentos avançados de SiC/TaC CVD, nossa equipe de engenharia está pronta para apoiar seu próximo projeto.

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