Halbleiter sind ein integral Teil von der inneren Abläufe von medizinischen Geräten, tragen zu der Leitfähigkeit zwischen Nichtleiter und Leitern zu Steuerung des Stroms. In ihrer Reihe, der Baugruppe Prozess zu der perfekten Halbleiter ist sehr detailliert, besonders jetzt das Geräte werden kleiner und kleiner. als Halbleiter sind schnell miniaturisiert zu passen in diese kleineren Geräte, die Rolle von Lasern in Halbleiter Fertigung hat angepasst.
Laser Technologie wird oft in Halbleitern Fertigung für seine dünne, präzise, vielseitig und leistungsstarke Strahlen für eine Vielfalt von Gründen, einschließlich Schneiden, Schweißen, Beschichtung Entfernung und Markierung verwendet.
Schneiden / Ritzen
In der Herstellung von Halbleitern, da sind verschiedene Würfel Schritte, einschließlich Schneiden Wafer aus aus Kristall Blöcken und Schablonen aus Dünnen Schichten. Würfeln mit einem Laser sicherstellt dass Chips sauber geschnitten so das sie richtig in das endgültige Gerät passen. Verwenden Laser erlaubt Halbleiter zu sein schneiden in viele Formen und Muster die sind nicht möglich mit anderen Würfeln Methoden. According to Columbia University's Fu Foundation School of Engineering and Applied Science, Cutting Wafers using this method reduces tool wear and material loss and results in higher yields.
Columbia's Studie Material auf Halbleiter Laser Verarbeitung Zustände dass "Vorteile von Laser Schneiden beinhalten weniger Werkzeug Verschleiß, reduziert Material Verlust um den Schnitt, höher Ausbeute weg zu weniger Bruch, und schneller Turnaround weg zu Einfachheit von Befestigung."
Eine andere Option für Schneiden ist Ritzen - Bohren eine Serie von engen Abständen oder Überlappen Sacklöchern halbem durch dem Material. Diese ist eine Methode weit verbreitet verwendet in Halbleiter Fertigung Anwendungen, so als Schneiden Aluminium Oxid Substrate in Chip Träger oder Trennen Silizium Wafer in Chips. Es ist erwähnenswert dass der Typ Laser erforderlich für Ritzen abhängig von dem Material verwendet.
The university says, "Aluminum oxide scribing uses CO2 lasers, while silicon scribing uses Nd:YAG lasers because different materials have different absorption rates at different wavelengths."
Die Motivation für Verwenden Ritzen gegen Schneiden hängt von der Geschwindigkeit bei der Aktion in der Herstellung Werkstatt auftritt. "Für Aluminium Oxid, was ist et 0.025 Zoll dick, das Material kann geritzt zu ein Rate von etwa 10 Zoll pro Sekunde mit einem mittelstarken CO2 Laser, wobei für einen ähnlichen Laser, der Schneiden Rate kann sein Brüche von ein Zoll pro Sekunde," schreibt die Universität Personal. "Scribing auch bietet den Vorteil von fähig zu Schreiber des Substrats vor Verarbeitung ist vollständig und dann einfach es in Chips nach Verarbeitung."
Löten
Laser Löten oder Laser Diode Schweißen ist der Prozess des Schmelzens benachbarten Teile von einem Halbleiter Bauteil zusammen, viel wie Sicherung ein Wafer auf einer Stütze Platine. Für Träger Leiterplatten die bereit zu werden geklebt, so als Blei Rahmen, der Laser Plätze eine Identifikation Markierung auf dem Rahmen und dann rauen der Oberfläche um sicherzustellen dass die zwei Teile sicher sicher sind sicher zusammengeklebt zusammen. Einmal geklebt zusammen, der Laser Markierung Maschine entfernt die Grate entstanden durch das Aufrauen Verfahren.
Beschichtung Entfernung
Sicherstellen dass der Halbleiter sauber und frei von Defekten ist Teil von einem Herstellungsprozess genannt Beschichtung Entfernung. Verwenden ein Laser (normalerweise Nd:YAG), unerwünschte Beschichtungen können entfernt werden als wenn sie Harz oder Kupfer, und als wenn sie Gold oder dünne Film Beschichtungen wären. Für Entgraten, der Laser verwendet seine feine, präzise Strahl zum Entfernen überschüssigen Material ohne Verursachen Schäden an dem Produkt. Entfernung von Beschichtungen ermöglicht Mängel zu mehr klar analysiert, beseitigt die Notwendigkeit für Demontage für Inspektion, die könnte Ergebnis in Produkt Schädigung.
Markierung
Markiert Chips muss auch lesbar sein, als Markierung ist ein nützlich Weg zu bestimmen welches Produkt ist geeignet für eine Anwendung. Entsprechend zu Wafer Welt, "Der Laser nicht nur schneidet in die Oberfläche des Wafers, aber auch ordnet die Oberfläche Partikel um um erzeugen extrem flach aber leicht lesbare Markierungen."
There are two types of markers used on semiconductors: etch markers and annealed markers. Etch markers are thin layers of material that are removed using a laser, leaving a textured mark about 12 to 25 microns deep. These are often referred to as "hard marks" because there is a visible change in the surface layer.
Derzeit, Unternehmen meistens verwenden Festkörperlaser für Chip Herstellung weil sie bekannt für ihre hohe Leistung und Erz als Laser Medium verwenden. Erz Medien typischerweise besteht aus Yttrium, Aluminium, Granat, oder Yttrium Vanadat Kristallen. Für Beispiel, Nd:YAG Laser Verwendung Neodym-dotiert Yttrium Aluminium Granat Kristalle als das Medium. Der Laser Strahl wird erzeugt mit einem Oszillator der stimuliert das Medium mit Licht von einem Laser Diode.
Eine Typ von Festkörper Laser verwendet für Chip Markierung, Gravur, und Würfeln ist die Faser Laser, Keyence sagt, Hinzufügen das die Hochgeschwindigkeitslaser verwenden "optische Fasern als Resonatoren und erzeugen überlappende Strukturen durch Yb-Ion dotiert Faser Mantel," Notieren dass seine Faser Laser sind bekannt als die MD-F Serie von 3-axis Faser Laser. "Einige der Verwendungen von Faser Lasern umfassen entfernen Grate aus Vorproduktion Prozessen, Kennzeichnung Rückverfolgbarkeit Codes, und entfernen Harz für Defekt Analyse."
Excimer lasers are also used in semiconductor manufacturing. These are deep ultraviolet (UV) lasers with wavelengths ranging from 126 nm to 351 nm that are primarily used for polymer micromachining. The shorter UV laser beams compared to solid state make them suitable for any type of material, including very fragile and delicate materials, and allow them to work in a very small precise area with a reduced point of action. When used for marking, UV lasers alter the structure of the product material at the molecular level without generating heat in the surrounding area.
Currently, solid-state and excimer lasers are seen as the main options when using laser manufacturing for semiconductor production. However, a new option that can rival the classics may soon be available. In a recent study published in the journal Nature, a team of researchers from Kyoto University led by Susumu Noda wrote that they have taken steps to overcome the limitations of semiconductor laser brightness by changing the structure of photonic crystal surface emitting lasers (PCSELs). According to the Institute of Electrical and Electronics Engineers, brightness is an advantage that includes the degree of focusing or divergence of a beam of light.PCSELs, while seen as an attractive option for high-brightness lasers, have previously been unscalable for use in large-scale operations due to challenges with the size and brightness of the lasers.
Often, the problem with PCSELs stems from the desire to expand their emitting area, which means that there is room for the light to oscillate in the direction of emission and in the transverse direction. "These transverse oscillations are known as higher-order modes and can destroy the quality of the beam," the IEEE writes. "In addition, if the laser is operated continuously, the heat inside the laser can change the refractive index of the device, leading to further deterioration of the beam quality."
In der Natur Studie, die Forscher verwendeten photonische Kristalle eingebettet in den Laser und "angepasst den internen Reflektor zu zu Single-Mode Schwingungen über eine breitere Fläche und um kompensieren für thermische Schäden zu kompensieren." Diese Änderungen erlaubten dem Laser aufrechtzuerhalten hoher Strahl Qualität durchgehend kontinuierlich Betrieb.
Die Forscher entwickelten a 3-mm-Durchmesser PCSEL in ihrer Studie, a 10-fold springen von dem vorherigen 1-}mm-Durchmesser PCSEL Gerät.
"Für ein photonischen Kristall Oberflächenemit Laser mit einem großen Resonanz Durchmesser von 3 mm, [Dauerwelle] Ausgang Leistungen von mehr als 50 W, rein Singlemode Oszillationen, und ein extrem schmaler Strahl Divergenz von 0,05 Grad , entsprechend zu mehr als 10,000 Wellenlängen in dem Material, haben erreicht," die Forscher schrieben in der Studie. Die Helligkeit ...... erreicht 1 GW cm% 7b{10}} sr-1, vergleichbar zu bestehenden großen Lasern."
It is worth noting that by "large-volume lasers," the researchers mean the solid-state and excimer lasers currently used in semiconductor laser manufacturing.
Als Teil des Prozesses der Etablierung a 1,000--Quadratmeter Zentrum der Exzellenz für Oberflächenemittierende Laser für photonische Kristalle at Kyoto Universität, Noda und sein Team haben auch von Herstellung photonischen Kristallen mit Elektronenstrahl Lithographie zu Herstellung sie mit Nanoimprint Lithographie gewechselt.
"E-Beam Lithographie ist präzise, aber normalerweise zu langsam für großflächige Fertigung," sagt die IEEE. "Nanoimprint Lithographie grundsätzlich Prägungen Muster auf Halbleiter und ist nützlich für Erstellung sehr regelmäßige Muster schnell."
Der nächste Schritt, nach der Studie, ist zu weiter zu Erweiterung des Durchmessers des Lasers von 3 bis 10 Millimeter - eine Größe die angeblich 1 Kilowatt von Leistung Leistung erzeugt.
Translated mit www. DeepL.com/Translator (free version)
