Equipamento Laser Microfluídico para Processamento de Bolachas de Semicondutores

Visão Geral do Equipamento de Tecnologia Laser Microjet

A tecnologia laser microjet é um método de microusinagem híbrido avançado e amplamente adotado que combina um jato de água “fino como um cabelo” com um feixe de laser. Usando um mecanismo de guia de reflexão interna total semelhante a uma fibra óptica, o jato de água entrega com precisão a energia do laser à superfície da peça. Durante o processamento, o jato resfria continuamente a zona de interação e remove eficientemente detritos e pó gerados, suportando um processo mais limpo e estável.

Como um processo a laser frio, limpo e altamente controlável, a tecnologia laser microjet mitiga efetivamente problemas comuns associados à usinagem a laser a seco, incluindo danos afetados pelo calor, contaminação e redeposição, deformação, oxidação, microfissuras e conicidade do kerf. Isso o torna particularmente adequado para materiais semicondutores duros e frágeis e aplicações de embalagem avançadas, onde o rendimento e a consistência são críticos.

Descrição Básica da Usinagem a Laser Microjet

1) Fonte Laser

• Laser Nd:YAG de estado sólido bombeado por diodo (DPSS)

• Largura de pulso: opções μs/ns

• Comprimento de onda: opções 1064 nm / 532 nm / 355 nm

• Potência média: 10–200 W (níveis nominais típicos: 50/100/200 W)

2) Sistema de Jato de Água

• Água desionizada (DI) filtrada, fornecimento de baixa pressão/alta pressão conforme necessário

• Consumo típico: ~1 L/h (a uma pressão representativa de 300 bar)

• A força resultante é desprezível: < 0,1 N

3) Bico

• Faixa de diâmetro do bico: 30–150 μm

• Materiais do bico: safira ou diamante

4) Sistemas Auxiliares

• Módulo de bomba de alta pressão

• Sistema de tratamento e filtração de água

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Especificações Técnicas (Duas Configurações de Referência)

Capacidade de Processamento (Referência)

• Rugosidade da superfície: Ra ≤ 1,6 μm (Configuração A) / Ra ≤ 1,2 μm (Configuração B)

• Velocidade de perfuração/abertura: ≥ 1,25 mm/s

• Velocidade de corte circunferencial: ≥ 6 mm/s

• Velocidade de corte linear: ≥ 50 mm/s

Os materiais aplicáveis incluem cristais de nitreto de gálio (GaN), semicondutores de banda ultralarga (por exemplo, diamante, óxido de gálio), materiais especiais aeroespaciais, substratos de cerâmica de carbono LTCC, materiais fotovoltaicos, cristais cintiladores e muito mais.

Processamento a laser microjet

Aplicações do Equipamento de Tecnologia Laser Microjet

1) Corte de Bolachas (Dicing)

• Materiais: silício (Si), carbeto de silício (SiC), nitreto de gálio (GaN) e outras bolachas duras/frágeis

• Valor: substitui o corte com lâmina de diamante e reduz a lasca

  • Lasca de borda: 20 μm)

• Produtividade: a velocidade de corte pode aumentar em ~30%

  • Exemplo: corte de SiC de até 100 mm/s

• Corte furtivo: modificação interna a laser mais separação assistida por jato, adequado para bolachas ultrafinas (< 50 μm)

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2) Perfuração de Chips e Processamento de Microfuros

• Perfuração de via através do silício (TSV) para 3D IC

• Usinagem de matriz de microfuros térmicos para dispositivos de potência, como IGBTs

• Parâmetros típicos:

  • Diâmetro do furo: 10–200 μm

  • Relação de aspecto: até 10:1

  • Rugosidade da parede lateral: Ra 2 μm)

3) Embalagem Avançada

• Abertura de janela RDL: laser + jato remove a passivação e expõe as almofadas

• Embalagem em nível de bolacha (WLP): processamento de composto de moldagem epóxi (EMC) para pacotes Fan-Out

• Vantagens: reduz a deformação induzida por estresse mecânico; o rendimento pode exceder 99,5%

4) Processamento de Semicondutores Compostos

• Materiais: GaN, SiC e outros semicondutores de banda larga

• Casos de uso:

  • Processamento de recesso/entalhe de porta para dispositivos HEMT: a entrega de energia controlada por jato ajuda a evitar a decomposição térmica de GaN

  • Recozimento a laser: aquecimento localizado assistido por microjet para ativar regiões implantadas por íons (por exemplo, áreas de fonte de MOSFET de SiC)

5) Reparo de Defeitos e Ajuste Fino

• Fusão/ablação a laser de circuitos redundantes em memória (DRAM/NAND)

• Ajuste de matriz de microlentes para sensores ópticos, como ToF

• Precisão: controle de energia ±1%; erro de posição de reparo < 0,1 μm

FAQ | Equipamento de Tecnologia Laser Microjet (Guiado por Jato de Água)

P1: O que é a tecnologia laser microjet?
R: É um processo de microusinagem a laser híbrido no qual um jato de água fino e de alta velocidade guia um feixe de laser por meio de reflexão interna total, fornecendo energia com precisão à peça, ao mesmo tempo em que fornece resfriamento contínuo e remoção de detritos.

P2: Quais são as principais vantagens em relação ao processamento a laser a seco?
R: Redução de danos afetados pelo calor, menos contaminação e redeposição, menor risco de oxidação e microfissuras, minimização da conicidade do kerf e melhoria da qualidade da borda em materiais duros e frágeis.

P3: Quais materiais semicondutores são mais adequados para o processamento a laser microjet?
R: Materiais duros e frágeis, como SiC e GaN, bem como bolachas de silício. Também pode ser aplicado a materiais de banda ultralarga (por exemplo, diamante, óxido de gálio) e substratos cerâmicos avançados selecionados.