en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-02-68-79
УДК: 666.11.01, 539.4
Современные технологии лазерной резки материалов микро- и оптоэлектроники
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Кондратенко В.С., Кадомкин В.В., Наумов А.С., Великовский И.Э. Современные технологии лазерной резки материалов микро- и оптоэлектроники // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 2. С. 68–79. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-02-68-79
Kondratenko V.S., Kadomkin V.V., Naumov A.S., Velikovskiy I.E. Modern technologies for the laser cutting of micro- and optoelectronics materials [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 2. P. 68–79. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-02-68-79
Vladimir Stepanovich Kondratenko, Viktor Viktorovich Kadomkin, Aleksander Sergeevich Naumov, and Ilya Éduardovich Velikovskiy, "Modern technologies for the laser cutting of micro- and optoelectronics materials," Journal of Optical Technology. 89(2), 113-120 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000113
Предмет исследования. Проанализированы возможности разработанных авторами двух современных технологий прецизионной размерной резки и микрообработки таких материалов, как стекло, сапфир, полупроводниковые материалы, широко применяемых в микро- и оптоэлектронике, приборостроении. Метод. Разработанные технологии обеспечивают при обработке бездефектную или малодефектную кромку (зону) и базируются на методах лазерного управляемого термораскалывания и лазерной иммерсионной обработки материалов. Основные результаты. Описана физическая модель метода лазерного управляемого термораскалывания и его преимущества перед известными технологиями, благодаря безотходности процесса резки (ширина реза равна нулю), высокой скорости раскроя (до 1000 мм/с) и повышенной механической прочности кромки. Представлена оптимальная схема резки приборных пластин из различных материалов на кристаллы методом лазерного управляемого термораскалывания. Описан оригинальный способ вырезания отверстий в стекле методом лазерного управляемого термораскалывания, одновременно проанализированы ограничения метода лазерного управляемого термораскалывания при резке по криволинейному контуру и вырезании отверстий. Рассмотрены ограничения и недостатки вырезания отверстий при помощи лазеров со сверхкороткими импульсами и предложено альтернативное решение, позволяющее преодолеть технологические ограничения с помощью нового метода лазерной иммерсионной резки материалов. Описана роль теплового аккумулятора, формируемого в контактной зоне при обработке хрупких неметаллических, прозрачных для длины волны лазера материалов методом лазерной иммерсионной резки материалов. Выполнены оценки химического состава вещества в тепловом аккумуляторе методами химической термодинамики при поглощении лазерного излучения. Выяснена роль иммерсионной жидкости при использовании метода лазерной иммерсионной резки материалов при сверлении микроотверстий диаметром менее 200 мкм. Представлены результаты, особенности и преимущества новой технологии. Практическая значимость. Поскольку каждая из описанных технологий имеет наряду с неоспоримыми преимуществами ряд технологических ограничений, то сочетание этих двух технологий позволяет решать практически любые технологические задачи в области прецизионной обработки хрупких неметаллических материалов и открывает новые возможности при разработке новых технологий и изделий. В частности, разработаны технология и оборудование для прецизионной резки изделий из стекла сложной криволинейной формы с минимальными радиусами закругления с повышенной прочностью кромок.
оптоэлектронные приборы, приборные пластины, скрайбирование, лазерное управляемое термораскалывание, лазерная иммерсионная обработка материалов
Коды OCIS: 350.3390
Список источников:1. Stealth dicing technical, information for MEMS // https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/SD_tech_forMEMS_TLAS9005E.pdf. Accessed: July 2021.
2. Leone C., Lopresto V., Pagano N., Genna S., De Iorio I. Laser cutting of silicon wafer by pulsed Nd:YAG source // Conference paper. 6th IPROMS. 2010. P. 1–6.
3. Wenyuan Li, Yu Huang, Youmin Rong, Long Chen, Guojun Zhang, Zhangrui Gao. Analysis and comparison of laser cutting performance of solar float glass with different scanning modes // Front. Mech. Eng. 2021. V. 16(1). P. 97–110.
4. Mishchik K., Javaux C., Dematteo-Caulier O., Skupin S., Chimier B., Duchateau G., A. Bourgeade A., Kling R., Letan A., Hönninger C., Mottay E., Lopez J. Femtosecond laser cutting of glass by controlled fracture propagation // Conference on Lasers and Electro-Optics At. 2015. San Jose, California United State. DOI: 10.1364/CLEO_AT.2015.AM1K.3.
5. Кондратенко В.С. Способ резки хрупких материалов // Патент РФ № 2024441. 1994.
6. Кондратенко В.С., Кудж С.А. Прецизионная резка стекла и других хрупких материалов методом лазерного управляемого термораскалывания (Обзор) // Стекло и керамика. 2017. № 3. С. 5–12.
7. Kondratenko V.S., Kudzh S.A. Precision cutting of glass and other brittle materials by laser-controlled thermo-splitting (Review) // Glass and Ceramics. 2017. V. 74. Iss. 3–4. P. 75–81.
8. Кондратенко В.С., Борисовский В.Е., Гиндин П.Д., Наумов А.С. Новые технологии лазерной обработки деталей оптического приборостроения // Приборы. 2008. № 3(93). С. 36–39.
9. Голубятников И.В., Кондратенко В.С., Жималов А.Б. Развитие теории и практики метода лазерного управляемого термораскалывания // Приборы. 2009. № 12 (114). С. 1–6.
10. Кондратенко В.С. Лазерная обработка материалов. Сборник статей. Монография. М.: Наука и технологии, 2011. 390 с. ISBN 978-593952-039-3.
11. Кондратенко В.С., Наумов А.С. Развитие и внедрение технологий лазерного управляемого термораскалывания на международном рынке // Вестник МГТУ МИРЭА. 2015. Т. 2. № 3(8). С. 1–11.
12. Кондратенко В.С., Наумов А.С., Рогов А.Ю. Внедрение технологии лазерного управляемого термораскалывания в России // Российский технологический журнал. 2017. Т. 5. № 1. С. 3–14.
13. Dirk Lewke, Karl O. DohnkeHans-Ulrich Zühlke, Mercedes Cerezuela Barreto, Martin Schellenberger, Anton Bauer, Heiner Ryssel. Thermal laser separation – a novel dicing technology fulfilling the demands of
4H-SiC volume manufacturing // Materials Science Forum. 2015. V. 821–823. № 6. P. 528–532.
14. Jürgen Serbin, George Oulundsen. Lasers improve display glass cutting // Information Display. 2017. № 5/17b. P. 38–41.
15. Gi-Heon Kim, Dae-Ho Choo, Baek-Kyun Jeon, Hyung-Woo Nam. Method and apparatus for cutting substrate using coolant // Patent US № 0052098 A1. 2003.
16. Кондратенко В.С., Наумов А.С. Способ резки пластин из хрупких материалов // Патент РФ № 2404931. 2010.
17. Кондратенко В.С., Наумов А.С. Новая технология лазерной резки сапфировых пластин на кристаллы // Приборы. 2011. № 10 (136). С. 37–41.
18. Кондратенко В.С., Зобов А.К., Наумов А.С., Лу Хунг-Ту. Технология прецизионной лазерной резки сапфировых пластин // Фотоника. 2015. № 2 (50). С. 42–52.
19. Кондратенко В.С., Иванов В.И. Технология лазерной резки кремниевых пластин на кристаллы органических светоизлучающих диодов // Российский технологический журнал. 2016. Т. 4. № 3. С. 11–17.
20. Кондратенко В.С., Иванов В.И. Влияние методов резки кремниевых подложек на качество органических светоизлучающих диодов // Прикладная физика. 2017. № 1. С. 36–40.
21. Hsu M.-C., Kondratenko V.S. Brittle non-metallic workpiece with through hole and method for making same // Patent US 38,418,280 B2. 2013.
22. Lucas A. Hof, Jana Abou Ziki. Micro-hole drilling on glass substrates. Review // Micromachines. Published 13 February 2017. V. 8. Iss. 2. P. 53–76.
23. Ожерелкова Л.М., Савин Е.С. Температурная зависимость нестационарной теплопроводности твердых тел // Российский технологический журнал. 2019. Т. 7. № 2. С. 49–60.
24. Кондратенко В.С., Кадомкин В.В., Лу Хунг-Ту, Наумов А.С., Великовский И.Э. Лазерное сверление микроотверстий в стекле // Стекло и керамика. 2020. № 2. С. 3–7.
25. Кондратенко В.С., Кадомкин В.В., Лу Хунг-Ту, Наумов А.С., Великовский И.Э. Механизм лазерной иммерсионной обработки стекла // Стекло и керамика. 2020. № 4. С. 3–9.
26. Кондратенко В.С., Кадомкин В.В., Лу Хунг-Ту, Наумов А.С., Великовский И.Э. Технология лазерной иммерсионной обработки материалов // Приборы. 2020. № 4(238). С. 1–8.
27. Hwang D.J., Choi T.Y., Grigoropoulos C.P. Liquid-assisted femtosecond laser drilling of straight and threedimensional microchannels in glass // Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 2004. V. 79. P. 605–612.
28. Kruusing Arvi. Underwater and water-assisted laser processing // Optics and Laser in Engineering. Part 2 / Etching, cutting and rarely used method. 12 August 2002. P. 329–352.
29. Reo Murakami, Hiroyuki Nakagawa, Shigeki Matsuo. Water-assisted laser drilling for miniature internal thread in glass and evaluation of its strength // Journal of Laser Micro Nanoengineering. 2017. V. 12. Iss. 3. P. 203–206.
30. Lu Hung-Tu, Naumov A., Kondratenko V. Multi-laser cutting method and system // Taiwan Patent No. 108115779. 2018.
31. Kondratenko V.S., Lu Hung-Tu, Naumov A.S., Velikovskiy I.E., Wang Wei-Yuan, Peng Xin-Han. Application of LCT technology in LCD cutting equipment for automotive industry // Laser Fair. 2020. V. 126. № 4. 15 April. P. 14 (G2). https://www.laserfair.com/mobile/news/202004/29/75830.html
32. Кондратенко В.С., Кобыш А.Н., Лу Хунг-Ту, Наумов А.С., Великовский И.Э. Новая технология двухлазерной резки стекла по криволинейному контуру // Стекло и керамика. 2020. № 6. С. 12–15.
33. Kondratenko V.S., Kobysh A.N., Hung-Tu L., Naumov A.S., Velikovskii I.E. Glass cutting technology combining two different lasers // Glass and Ceramics. 2020. V. 77. № 5–6. P. 212–214.