Industrie	Halbleiterherstellung, Hochleistungskeramik, Halbleitermaterialien der dritten Generation
Verfahren	Water Jet Guided Laser (WJGL) Durchgangslochbearbeitung in einem Durchgang
Lösung	Kundenspezifische 35 mm × 2 mm SiC-Substrate mit 0,15 mm Präzisions-Mikrolöchern
Dienstleistungen	Technische Beratung, Prozessentwicklung, Prüfberichte, kundenspezifische Beschichtung und Bearbeitung
Ergebnisse	• Einheitliche Lochgeometrie vom Einlass bis zum Auslass, bestätigt durch REM • Keine messbare Verjüngung; Seitenverhältnis geeignet für 2 mm Dicke • Minimale Wärmeeinflusszone und nahezu kein Abplatzen auf hart-sprödem SiC • Erfolgreiche Lieferung und Kundenakzeptanz für die Entwicklung von Sekundärbatteriematerialien

Abbildung 1: Produktfoto eines 35 mm × 2 mm großen SiC-Substrats nach wassergeführter Laser-Mikrolochbearbeitung

Figur2：REM-Bild eines mit einem wassergeführten VeTek-Laser bearbeiteten 0,15-mm-Lochs im SiC-Substrat

Die wassergeführte Lasertechnologie (WJGL) von VeTek Semiconductor ermöglicht die kegelfreie Mikrolochbearbeitung in dicken Siliziumkarbidsubstraten (SiC) in einem Durchgang. In einem kürzlich durchgeführten Projekt wurden Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,15 mm erfolgreich auf 4H-SiC-Substraten vom N-Typ mit einem Durchmesser von 35 mm und einer Dicke von 2 mm verarbeitet. Die REM-Untersuchung bestätigte, dass die Lochwände vom Einlass bis zum Auslass sehr gleichmäßig sind und die strengen Anforderungen an die Halbleiterqualität erfüllen.

1. Wie erreicht ein wassergeführter Laser verjüngungsfreie SiC-Löcher?

Figur3:Prinzip des wassergeführten Lasers: Die Laserenergie wird durch einen Hochdruck-Wassermikrostrahl (optische Wasserfaser) begrenzt.

Hochdruckwasser wird durch eine Präzisionsdüse (30–120 µm Durchmesser) gedrückt, um einen stabilen Mikrostrahl zu bilden. In diesen Strahl wird durch ein Glasfenster ein fokussierter 532-nm-Laser eingekoppelt. Sobald sich der Laser in der Wassersäule befindet, wird er durch Totalreflexion begrenzt und bewegt sich als „Wasserlichtfaser“ mit hoher Energiedichte. Wenn der Mikrostrahl das Werkstück berührt, trägt der Laser das Material ab, während der kontinuierliche Wasserfluss die Schneidzone kühlt und Rückstände wegspült.

Da das Leitmedium eine zylindrische Säule mit konstantem Durchmesser ist, bleibt die austretende Laserenergie über einen Arbeitsabstand von mehreren zehn Millimetern parallel. Dadurch bleibt die Schnittwand auch bei 2 mm (und bis zu 60 mm) dickem SiC vertikal, wodurch eine Fokusverfolgung entfällt und die Verjüngung vermieden wird, die beim Freiraum-Laserbohren auftritt.

Abbildung 4: Tatsächliches Foto der wassergeführten Laserbearbeitungsszene

Wichtige Prozessvorteile für hart-spröde Materialien

• Für Dicken bis 60 mm ist keine Fokuseinstellung erforderlich

• Konizität Null oder nahezu Null (10–20 µm Unterschied zwischen Einlass und Auslass)

• Durch kontinuierliche Kühlung werden thermische Spannungen und Kantenausbrüche unterdrückt

• Gleichmäßige Energieverteilung über den Strahlquerschnitt reduziert die Oberflächenrauheit (Ra 0,3–1 µm)

• Die Schnittfugenbreite beträgt nur 50 µm und minimiert den Materialverlust bei teurem SiC

2. Vorteile des wassergeführten Lasers in der Halbleiterkeramikbearbeitung

Figur5. Wassergeführte Lasergeräte von VeTek (WL-Serie)

Beim herkömmlichen mechanischen Bohren von Löchern mit einem Durchmesser von 0,15 mm in 2 mm starkem SiC kommt es häufig zu Werkzeugbruch, Kantenbruch und fortschreitender Durchmesserschwankung. Das berührungslose Freiraum-Laserbohren erzeugt Wärmeeinflusszonen, Neugussschichten und eine spürbare Verjüngung. Der wassergeführte Laser überwindet beide Einschränkungen:

1. Durchgangslochfähigkeit in einem Durchgang– eliminiert Ausrichtungsfehler bei doppelseitiger Bearbeitung.

2. Hohes Seitenverhältnis– Verhältnisse von mehr als 30:1 werden routinemäßig erreicht.

3. Extrem geringe mechanische Kraft– Die Wasserstrahlkraft beträgt nur ~1 N, was eine sichere Verarbeitung ultradünner oder zerbrechlicher Wafer ermöglicht.

4. Saubere, schlackenfreie Oberflächen– Kontinuierliches Spülen entfernt Schmutz und verhindert eine erneute Ablagerung.

3. Wassergeführte Laseranwendungen für Mikrolöcher mit hohem Aspektverhältnis in SiC

Figur6. Mit wassergeführtem Laser bearbeitete Präzisionskeramikbauteile

Zu den typischen Fähigkeiten gehören:

• Verarbeitungsdickenbereich: 0,05–60 mm (SiC, Borcarbid-Keramik)

• Mindestöffnung: 0,1 mm (abhängig von der Dicke)

• Maßgenauigkeit: ±0,01 mm

• Oberflächenrauheit: 0,3–1 µm

• Geräteplattformen: WL-DCS200 (200 × 240 mm Arbeitsbereich, 50–60 W) und WL-LCS500 (500 × 500 mm, 100–200 W)

Figur7.SEM-Verifizierung des Kunden eines gleichmäßigen Durchgangslochs mit einem Durchmesser von 0,15 mm vom Einlass bis zum Auslass in einem 2 mm dicken SiC-Substrat

Projektbeweis: Φ0,15 mm Loch auf 2 mm SiC

In Zusammenarbeit mit einem koreanischen Technologiepartner lieferte VeTek fünf N-Typ-4H-SiC-Substrate mit einem Durchmesser von 35 mm und einer Dicke von 2 mm, die jeweils ein präzises Durchgangsloch von Φ0,15 mm enthielten. Die vom Endkunden durchgeführte REM-Analyse bestätigte, dass das Düsenloch von der Lasereintrittsseite bis zur Laseraustrittsseite eine einheitliche zylindrische Form beibehielt. Die Teile wurden zur Bewertung im Rahmen der Entwicklung von Anodenmaterialien aus Siliziumlegierungen für Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation angenommen.

4. FAQ

F1: Können wassergeführte Laser Löcher bearbeiten, die kleiner als Φ0,15 mm in 2 mm SiC sind?

A: Bei Öffnungen deutlich unter 0,15 mm bei 2 mm Dicke steigt der technische Schwierigkeitsgrad stark an. Auf dünneren Substraten (≤ 0,4 mm) werden kleinere Löcher (z. B. 0,06 mm) empfohlen, um Ausbeute und Geometrie beizubehalten.

F2: Ist der Prozess wirklich ein Single-Pass-Prozess?

A: Ja. Der wasserstrahlgeführte Strahl breitet sich in einem kontinuierlichen Arbeitsgang durch die gesamte Dicke aus und eliminiert so das Risiko einer Fehlausrichtung beim Bohren von vorne nach hinten.

F3: Welche Inspektionsdaten können bereitgestellt werden?

A: Dimensionsmessberichte, optische und REM-Bilder des Lochquerschnitts sowie Daten zur Oberflächenrauheit werden mit jeder Charge geliefert. Vollständige Prozessvideos bleiben vertraulich, die Überprüfung der Probengeometrie ist jedoch Standard.

5. Abschluss

Die wassergeführte Lasertechnologie von VeTek Semiconductor bietet einen zuverlässigen und ertragreichen Weg zur Herstellung präziser Mikrostrukturen in harten und spröden Halbleitermaterialien. Ganz gleich, ob Sie kundenspezifische SiC-Substrate mit Mikrolöchern, Keramikkomponenten für Prozessanlagen oder fortschrittliche CVD-SiC/TaC-Beschichtungen benötigen, unser Engineering-Team ist bereit, Ihr nächstes Projekt zu unterstützen.

Entdecken Sie unsereSiC-Beschichtungslösungen Für weitere technische Details oder kontaktieren Sie uns, um Ihre spezifischen Bearbeitungsanforderungen zu besprechen.