Apparecchiature laser a microfluidi per la lavorazione di wafer a semiconduttore

Panoramica delle apparecchiature con tecnologia laser a microgetto

La tecnologia laser a microgetto è un metodo di microfresatura ibrido avanzato e ampiamente adottato che accoppia un getto d'acqua “sottile come un capello” con un raggio laser. Utilizzando un meccanismo di guida a riflessione interna totale simile a una fibra ottica, il getto d'acqua eroga con precisione l'energia laser alla superficie del pezzo. Durante la lavorazione, il getto raffredda continuamente la zona di interazione e rimuove efficacemente detriti e polvere generati, supportando un processo più pulito e stabile.

In quanto processo laser freddo, pulito e altamente controllabile, la tecnologia laser a microgetto mitiga efficacemente i problemi comuni associati alla lavorazione laser a secco, tra cui danni dovuti al calore, contaminazione e ridoposizione, deformazione, ossidazione, microfessurazioni e conicità del taglio. Questo lo rende particolarmente adatto per materiali semiconduttori duri e fragili e applicazioni di packaging avanzate in cui la resa e la consistenza sono fondamentali.

Descrizione di base della microfresatura laser a microgetto

1) Sorgente laser

• Laser Nd:YAG a stato solido pompato a diodi (DPSS)

• Larghezza di impulso: opzioni μs/ns

• Lunghezza d'onda: opzioni 1064 nm / 532 nm / 355 nm

• Potenza media: 10–200 W (livelli nominali tipici: 50/100/200 W)

2) Sistema a getto d'acqua

• Acqua deionizzata (DI) filtrata, alimentazione a bassa/alta pressione a seconda delle necessità

• Consumo tipico: ~1 L/h (a una pressione rappresentativa di 300 bar)

• La forza risultante è trascurabile: < 0,1 N

3) Ugello

• Gamma diametro ugello: 30–150 μm

• Materiali ugello: zaffiro o diamante

4) Sistemi ausiliari

• Modulo pompa ad alta pressione

• Sistema di trattamento e filtrazione dell'acqua

​

Specifiche tecniche (due configurazioni di riferimento)

Capacità di lavorazione (riferimento)

• Rugosità superficiale: Ra ≤ 1,6 μm (Configurazione A) / Ra ≤ 1,2 μm (Configurazione B)

• Velocità di foratura/apertura: ≥ 1,25 mm/s

• Velocità di taglio circonferenziale: ≥ 6 mm/s

• Velocità di taglio lineare: ≥ 50 mm/s

I materiali applicabili includono cristalli di nitruro di gallio (GaN), semiconduttori a banda ultra larga (ad es. diamante, ossido di gallio), materiali speciali aerospaziali, substrati ceramici al carbonio LTCC, materiali fotovoltaici, cristalli scintillatori e altro.

Lavorazione laser a microgetto

Applicazioni delle apparecchiature con tecnologia laser a microgetto

1) Taglio di wafer (Dicing)

• Materiali: silicio (Si), carburo di silicio (SiC), nitruro di gallio (GaN) e altri wafer duri/fragili

• Valore: sostituisce il taglio con lama diamantata e riduce la scheggiatura

  • Scheggiatura dei bordi: 20 μm)

• Produttività: la velocità di taglio può aumentare di ~30%

  • Esempio: taglio SiC fino a 100 mm/s

• Taglio stealth: modifica laser interna più separazione assistita da getto, adatta per wafer ultrasottili (< 50 μm)

•  

2) Foratura di chip e lavorazione di microfori

• Foratura di via attraverso silicio (TSV) per 3D IC

• Lavorazione di array di microfori termici per dispositivi di potenza come IGBT

• Parametri tipici:

  • Diametro del foro: 10–200 μm

  • Rapporto di aspetto: fino a 10:1

  • Rugosità della parete laterale: Ra 2 μm)

3) Packaging avanzato

• Apertura finestra RDL: laser + getto rimuove la passivazione ed espone i pad

• Packaging a livello di wafer (WLP): lavorazione di compound di stampaggio epossidico (EMC) per pacchetti Fan-Out

• Vantaggi: riduce la deformazione indotta da stress meccanico; la resa può superare il 99,5%

4) Lavorazione di semiconduttori composti

• Materiali: GaN, SiC e altri semiconduttori a banda larga

• Casi d'uso:

  • Lavorazione di rientranze/intagli per dispositivi HEMT: l'erogazione di energia controllata da getto aiuta a evitare la decomposizione termica del GaN

  • Ricottura laser: riscaldamento localizzato assistito da microgetto per attivare le regioni impiantate a ioni (ad es. aree sorgente MOSFET SiC)

5) Riparazione di difetti e messa a punto fine

• Fusione/ablazione laser di circuiti ridondanti in memoria (DRAM/NAND)

• Rifinitura di array di microlenti per sensori ottici come ToF

• Accuratezza: controllo dell'energia ±1%; errore di posizione di riparazione < 0,1 μm

FAQ | Apparecchiature con tecnologia laser a microgetto (guidato da getto d'acqua)

Q1: Cos'è la tecnologia laser a microgetto?
A: È un processo di microfresatura laser ibrido in cui un getto d'acqua sottile e ad alta velocità guida un raggio laser tramite riflessione interna totale, erogando energia con precisione al pezzo fornendo al contempo un raffreddamento continuo e la rimozione dei detriti.

Q2: Quali sono i principali vantaggi rispetto alla lavorazione laser a secco?
A: Riduzione dei danni dovuti al calore, meno contaminazione e ridoposizione, minor rischio di ossidazione e microfessurazioni, conicità del taglio minimizzata e migliore qualità dei bordi su materiali duri e fragili.

Q3: Quali materiali semiconduttori sono più adatti alla lavorazione laser a microgetto?
A: Materiali duri e fragili come SiC e GaN, nonché wafer di silicio. Può essere applicato anche a materiali a banda ultra larga (ad es. diamante, ossido di gallio) e a substrati ceramici avanzati selezionati.