总结
硅材料广泛应用于很多工业领域中,特别是太阳能电池和半导体产业,在珠宝首饰和娱乐产品中的应用也在不断增加。大部分应用使用的源材料是以晶片硅的形式存在。通常晶片的厚度为0.2-1.5mm (0.008”–0.06”),直径为100-300mm (4”-12”)。本文专门集中说明了切割模式晶圆,单晶和多晶硅(200µm)的方法。通过考察脉冲和连续激光器,发现光纤激光器相对其他现存的硅切割技术具有很强的竞争力。
引言
传统硅晶片的切割方法主要是金刚石锯,偶尔也使用划线折断工艺,这种方法只能切割直线,并且边缘具有较严重的裂痕,或者使用倍频的铁合金激光器,这种方法和微喷工艺,一样都操作昂贵,速度缓慢。最近SPI开发了一种光纤激光器切割工艺,该工艺能在较快的切割速度下,仍然具有极好的切割质量。
图1 太阳能电池板
结果
使用200W连续光纤激光器对200μm(0.008”)厚度的多晶硅进行切割时,切割速度可达10m/min,并且可得到高度平滑的切割边缘,没有任何裂缝的痕迹。可以做到和侧面平行、无任何边缘碎裂痕迹的40微米的切口宽度。甚至在1.2mm厚度(0.005”),切割速度也可超过1m/min。这个比现存的所有其他硅切割技术都要快。
下表展现了光纤激光器切割硅的能力。
厚度mm |
材料 |
功率W |
速度m/min |
0.25 |
单晶硅基底 |
200 |
>6 |
0.65 |
单晶硅基底 |
200 |
>3 |
0.85 |
单晶硅基底 |
200 |
3 |
1.2 |
单晶硅基底 |
200 |
1 |
1.4 |
单晶硅基底 |
200 |
0.7 |
0.25 |
多晶硅带 |
50 |
2.5 |
0.84 |
化晶圆#p#分页标题#e# |
100 |
5 |
表1
硅带切割
该切割方法可提供出色的切割边缘质量,下图为50W 连续SPI光纤激光器切割一小块硅。
图150W 连续SPI光纤激光器以2.5m/min的速度切割250μm厚的硅带。
化晶圆切割
该激光器在切割化晶圆时,都具备超常的边缘质量,无任何裂痕或碎痕的迹象。
这种新型切割工艺,在切割任何形状时都能拥有像切割直线那样的切割质量(这个目前是金刚石锯切割法的缺陷)。
图2 200W 连续SPI光纤激光器以3.5m/min的速度切割0.8mm(0.03”)化晶圆
200µm硅片切割
SPI脉冲激光器也可以用于切割或对硅进行划线。当激光运行功率为20W,重复率为65 kHz,脉冲长度75ns时,可达到200mm/min的切割速度。这个过程的特征是会在切割边缘由再次固化反应形成的小节。
使用脉冲激光器,可以很容易地在硅材料上切割盲槽或凹槽。目前SPI正在和一些系统集成商合作,从而将这些切割工艺商业化。
图3:样品切割:20W,100μm厚硅片,来回切割,等效切割速度250mm/min,25kHz重复率,200ns脉冲宽度。
结论
SPI激光器在美国和英国都有应用实验室。这些机构为SPI技术的潜在使用客户提供样品和使用说明书的验证,且该服务不收取任何费用。如客户有需要,我们会将样品寄给他们,这样客户就可以充分利用SPI的“在购买之前使用”的优势,尽可能获得一台最适合自己的激光器,并拥有30天的试用期。
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