Полупроводници су саставни део унутрашњег рада медицинских уређаја, доприносећи проводљивости између непроводника и проводника за контролу струје. Заузврат, процес склапања за прављење савршеног полупроводника је веома детаљан, посебно сада када уређаји постају све мањи и мањи. Како се полупроводници брзо минијатуришу да би се уклопили у ове мање уређаје, улога ласера у производњи полупроводника се прилагодила.
Ласерска технологија се често користи у производњи полупроводника због својих танких, прецизних, разноврсних и снажних зрака из разних разлога, укључујући сечење, заваривање, уклањање премаза и обележавање.
Резање / Сцрибинг
У производњи полупроводника постоје различити кораци коцкице, укључујући исецање плочица из кристалних блокова и шаблона из танких филмова. Резање коцкица ласером осигурава да се чипс чисто сече тако да се правилно уклапа у коначни уређај. Коришћење ласера омогућава да се полупроводници исеку у многе облике и обрасце који нису могући коришћењем других метода коцкања. Према Факултету за инжењерство и примењене науке Фондације Фу Фондације Колумбија, сечење плочица коришћењем ове методе смањује хабање алата и губитак материјала и резултира већим приносима.
Цолумбиа-ин студијски материјал о полупроводничкој ласерској обради наводи да „предности ласерског сечења укључују мање хабање алата, смањен губитак материјала око реза, већи принос због мањег ломљења и бржи обрт због лакоће причвршћивања“.
Друга опција за сечење је сцрибинг - бушење низа блиско распоређених или преклапајућих слепих рупа на пола пута кроз материјал. Ово је метода која се широко користи у апликацијама за производњу полупроводника, као што је сечење подлога од алуминијум оксида у носаче чипова или одвајање силицијумских плочица у чипове. Вреди напоменути да врста ласера потребног за исписивање зависи од материјала који се користи.
Универзитет каже: „Скрибовање алуминијум оксидом користи ЦО2 ласере, док силицијумско сцрибинг користи Нд:ИАГ ласере јер различити материјали имају различите стопе апсорпције на различитим таласним дужинама.
Мотивација за коришћење сцрибинга у односу на сечење зависи од брзине којом се радња одвија у фабрици. „За алуминијум оксид, чија је дебљина око 0.025 инча, материјал се може исписати брзином од око 10 инча у секунди коришћењем ЦО2 ласера средње снаге, док за сличан ласер, брзина сечења може бити делићи инча у секунди“, пише особље универзитета. „Писање такође нуди предност у томе што можете да испишете супстрат пре него што се обрада заврши, а затим га лако одвојите у чипове након обраде.“
Лемљење
Ласерско лемљење или заваривање ласерске диоде је процес топљења суседних делова полупроводничке компоненте заједно, слично као причвршћивање плочице за потпорну плочу. За потпорне плоче које су спремне за лепљење, као што су оловни оквири, ласер поставља идентификациону ознаку на оквир, а затим храпави површину како би се осигурало да су два дела безбедно спојена заједно. Једном спојена, машина за ласерско обележавање уклања неравнине настале процесом храпавости.
Уклањање премаза
Обезбеђивање да је полупроводник чист и без дефеката део је производног процеса који се назива уклањање премаза. Користећи ласер (обично Нд:ИАГ), нежељени премази могу бити уклоњени као да су смола или бакар, и као да су златне или танкослојне превлаке. За уклањање ивица, ласер користи свој фини, прецизан сноп да уклони вишак материјала без оштећења производа. Уклањање премаза омогућава јаснију анализу недостатака, елиминишући потребу за растављањем ради прегледа, што може довести до оштећења производа.
Означавање
Ласерско обележавање полупроводника је важно за следљивост и читљивост производа, што значи да ласер мора бити јасно читљив на веома малим отисцима. Следљивост производа значи да се производ може пратити кроз више корака производње, као и финалну дистрибуцију. Ово олакшава проналажење и изоловање одређених категорија недостатака.
Означени чипови такође морају бити читљиви, јер је означавање користан начин да се одреди који је производ погодан за примену. Према Вафер Ворлд-у, „Ласер не само да сече у површину плочице, већ и преуређује површинске честице како би створио изузетно плитке, али лако читљиве ознаке.“
Постоје две врсте маркера који се користе на полупроводницима: маркери за нагризање и жарени маркери. Маркери за јеткање су танки слојеви материјала који се уклањају ласером, остављајући текстурирани траг дубине око 12 до 25 микрона. Они се често називају "тврдим траговима" јер постоји видљива промена у површинском слоју.
Ознаке жарења, с друге стране, користе ласер постављен на нижи ниво снаге да преуреде молекуле уместо да их угризе. Ово ствара контраст на површини чипа који је видљив када се светлост рефлектује.
Врсте ласера
Тренутно компаније углавном користе чврсте ласере за производњу чипова јер су познати по великој снази и користе руду као ласерски медијум. Рудни медијум се обично састоји од итријума, алуминијума, граната или кристала итријум ванадата. На пример, Нд:ИАГ ласери користе неодимијум-допиране итријум-алуминијум-гранат кристале као медијум. Ласерски зрак се генерише помоћу осцилатора који стимулише медијум светлошћу ласерске диоде.
Један тип ласера у чврстом стању који се користи за обележавање чипова, гравирање и резање коцкица је ласер са влакнима, каже Кејенс, додајући да ласери велике брзине користе „оптичка влакна као резонаторе и стварају структуре које се преклапају кроз омотач влакана допираних Иб-јоном“, напомињући да су његови ласери са влакнима познати као МД-Ф серија ласера са влакнима 3-оси. „Неке од употребе ласера са влакнима укључују уклањање неравнина из предпроизводних процеса, обележавање кодова за следљивост и уклањање смоле за анализу дефеката.“
Ексцимер ласери се такође користе у производњи полупроводника. То су ласери дубоког ултраљубичастог зрачења (УВ) са таласним дужинама у распону од 126 нм до 351 нм који се првенствено користе за микромашинску обраду полимера. Краћи УВ ласерски зраци у поређењу са чврстим стањем чине их погодним за било коју врсту материјала, укључујући веома крхке и деликатне материјале, и омогућавају им да раде у веома малој прецизној области са смањеном тачком дејства. Када се користе за обележавање, УВ ласери мењају структуру материјала производа на молекуларном нивоу без стварања топлоте у околини.
Ласер Инноватионс
Тренутно, чврсти и ексцимер ласери се виде као главне опције када се користи производња ласера за производњу полупроводника. Међутим, ускоро би могла бити доступна нова опција која може парирати класици. У недавној студији објављеној у часопису Натуре, тим истраживача са Универзитета Кјото предвођен Сусуму Нодом написао је да су предузели кораке да превазиђу ограничења светлости полупроводничког ласера променом структуре ласера који емитују површину фотонских кристала (ПЦСЕЛ). Према Институту за инжењере електротехнике и електронике, осветљеност је предност која укључује степен фокусирања или дивергенције снопа светлости. ПЦСЕЛ, иако се сматрао атрактивном опцијом за ласере високог осветљења, раније су били нескалабилни за употребу у великим -операције на скали због изазова са величином и осветљеношћу ласера.
Често проблем са ПЦСЕЛ-има произилази из жеље да се прошире њихова област емитовања, што значи да постоји простор за осциловање светлости у правцу емисије и у попречном смеру. „Ове попречне осцилације су познате као модови вишег реда и могу уништити квалитет зрака“, пише ИЕЕЕ. „Поред тога, ако ласер ради непрекидно, топлота унутар ласера може променити индекс преламања уређаја, што доводи до даљег погоршања квалитета зрака.“
У студији Натуре, истраживачи су користили фотонске кристале уграђене у ласер и „прилагодили унутрашњи рефлектор како би омогућили осцилације у једном моду на ширем подручју и да би компензовали термичка оштећења“. Ове промене су омогућиле ласеру да одржи висок квалитет зрака током непрекидног рада.
Истраживачи су у својој студији развили ПЦСЕЛ пречника 3-мм, 10-преклопни скок од претходног ПЦСЕЛ уређаја пречника 1- мм.
„За ласер који емитује површину фотонског кристала са великим резонантним пречником од 3 мм, излазне снаге [непрекидних таласа] веће од 50 В, чисте једномодне осцилације и изузетно уска дивергенција снопа од 0,05 степен , који одговара више од 10,000 таласних дужина у материјалу, су постигнути“, написали су истраживачи у студији. Осветљеност ...... достиже 1 ГВ цм-2 ср-1, упоредиво са постојећим великим ласерима."
Вреди напоменути да под "ласерима велике запремине" истраживачи мисле на ласере у чврстом стању и ексцимер ласере који се тренутно користе у производњи полупроводничких ласера.
Као део процеса успостављања центра изврсности од 1,000-квадратни метар за ласере који емитују површину за фотонске кристале на Универзитету Кјото, Нода и његов тим су такође прешли са производње фотонских кристала помоћу литографије електронским снопом на фабрикујући их литографијом наноимпринта.
„Литографија Е-зрака је прецизна, али обично преспора за производњу великих размера“, каже ИЕЕЕ. „Наноимпринт литографија у основи утискива узорке на полупроводнике и корисна је за брзо креирање веома правилних образаца.
Следећи корак, према студији, је наставак проширења пречника ласера са 3 на 10 милиметара - величине која наводно производи 1 киловат излазне снаге.
Преведено са ввв.ДеепЛ.цом/Транслатор (бесплатна верзија)
