Équipement laser à microfluidique pour le traitement des plaquettes de semi-conducteurs

Aperçu de l'équipement de technologie laser à microjet

La technologie laser à microjet est une méthode d'usinage de précision hybride avancée et largement adoptée qui couple un jet d'eau « fin comme un cheveu » avec un faisceau laser. Utilisant un mécanisme de guidage par réflexion interne totale similaire à une fibre optique, le jet d'eau délivre avec précision l'énergie laser à la surface de la pièce. Pendant le traitement, le jet refroidit en continu la zone d'interaction et élimine efficacement les débris et la poudre générés, favorisant un processus plus propre et plus stable.

En tant que procédé laser froid, propre et hautement contrôlable, la technologie laser à microjet atténue efficacement les problèmes courants associés à l'usinage laser à sec, notamment les dommages thermiques, la contamination et la redéposition, la déformation, l'oxydation, les microfissures et le biseau de la saignée. Cela le rend particulièrement adapté aux matériaux semi-conducteurs durs et fragiles et aux applications d'emballage avancées où le rendement et la cohérence sont essentiels.

Description de base de l'usinage laser à microjet

1) Source laser

• Laser Nd:YAG à l'état solide pompé par diode (DPSS)

• Largeur d'impulsion : options μs/ns

• Longueur d'onde : options 1064 nm / 532 nm / 355 nm

• Puissance moyenne : 10–200 W (niveaux nominaux typiques : 50/100/200 W)

2) Système de jet d'eau

• Eau désionisée (DI) filtrée, alimentation basse pression/haute pression selon les besoins

• Consommation typique : ~1 L/h (à une pression représentative de 300 bars)

• La force résultante est négligeable :< 0,1 N

3) Buse

• Plage de diamètre de buse : 30–150 μm

• Matériaux de buse : saphir ou diamant

4) Systèmes auxiliaires

• Module de pompe haute pression

• Système de traitement et de filtration de l'eau

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Spécifications techniques (deux configurations de référence)

Capacité de traitement (Référence)

• Rugosité de surface : Ra ≤ 1,6 μm (Config A) / Ra ≤ 1,2 μm (Config B)

• Vitesse de perçage/ouverture : ≥ 1,25 mm/s

• Vitesse de coupe circonférentielle : ≥ 6 mm/s

• Vitesse de coupe linéaire : ≥ 50 mm/s

Les matériaux applicables comprennent les cristaux de nitrure de gallium (GaN), les semi-conducteurs à très large bande interdite (par exemple, diamant, oxyde de gallium), les matériaux spéciaux aérospatiaux, les substrats céramiques au carbone LTCC, les matériaux photovoltaïques, les cristaux scintillateurs, et plus encore.

Traitement laser à microjet

Applications de l'équipement de technologie laser à microjet

1) Découpe de plaquettes (Dicing)

• Matériaux : silicium (Si), carbure de silicium (SiC), nitrure de gallium (GaN) et autres plaquettes dures/fragiles

• Valeur : remplace la découpe à la lame diamantée et réduit l'écaillage

  • Écaillage des bords : 20 μm)

• Productivité : la vitesse de coupe peut augmenter d'environ 30 %

  • Exemple : découpe SiC jusqu'à 100 mm/s

• Découpe furtive : modification laser interne plus séparation assistée par jet, adaptée aux plaquettes ultra-minces (< 50 μm)

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2) Perçage de puces et traitement de micro-trous

• Perçage de vias traversants en silicium (TSV) pour les CI 3D

• Usinage de réseaux de micro-trous thermiques pour les dispositifs de puissance tels que les IGBT

• Paramètres typiques :

  • Diamètre du trou : 10–200 μm

  • Rapport d'aspect : jusqu'à 10:1

  • Rugosité des parois latérales : Ra 2 μm)

3) Emballage avancé

• Ouverture de fenêtre RDL : le laser + le jet éliminent la passivation et exposent les plots

• Emballage au niveau de la plaquette (WLP) : traitement du composé de moulage époxy (EMC) pour les boîtiers Fan-Out

• Avantages : réduit le gauchissement induit par les contraintes mécaniques ; le rendement peut dépasser 99,5 %

4) Traitement des semi-conducteurs composés

• Matériaux : GaN, SiC et autres semi-conducteurs à large bande interdite

• Cas d'utilisation :

  • Traitement de l'évidement/encoche de grille pour les dispositifs HEMT : la fourniture d'énergie contrôlée par jet permet d'éviter la décomposition thermique du GaN

  • Recuit laser : chauffage localisé assisté par microjet pour activer les régions implantées d'ions (par exemple, zones de source MOSFET SiC)

5) Réparation des défauts et réglage fin

• Fusion/ablation laser des circuits redondants en mémoire (DRAM/NAND)

• Découpe de réseaux de microlentilles pour les capteurs optiques tels que ToF

• Précision : contrôle de l'énergie ±1 % ; erreur de position de réparation < 0,1 μm

FAQ | Équipement de technologie laser à microjet (guidé par jet d'eau)

Q1 : Qu'est-ce que la technologie laser à microjet ?
R : Il s'agit d'un procédé d'usinage de précision laser hybride dans lequel un jet d'eau fin et à grande vitesse guide un faisceau laser via une réflexion interne totale, délivrant l'énergie avec précision à la pièce tout en assurant un refroidissement continu et l'élimination des débris.

Q2 : Quels sont les principaux avantages par rapport à l'usinage laser à sec ?
R : Réduction des dommages thermiques, moins de contamination et de redéposition, risque réduit d'oxydation et de microfissures, biseau de saignée minimisé et amélioration de la qualité des bords sur les matériaux durs et fragiles.

Q3 : Quels matériaux semi-conducteurs sont les plus adaptés au traitement laser à microjet ?
R : Les matériaux durs et fragiles tels que le SiC et le GaN, ainsi que les plaquettes de silicium. Il peut également être appliqué aux matériaux à très large bande interdite (par exemple, diamant, oxyde de gallium) et à certains substrats céramiques avancés.