陶瓷基板外形切割之激光切割與水刀切割的區(qū)別

半導(dǎo)體陶瓷基板外形切割主要分為激光切割與水刀切割，它們?cè)谇懈钤?、特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)等方面存在一些區(qū)別。下面就讓我們來詳細(xì)了解一下這兩種切割方法的區(qū)別。

一、激光切割

1.激光切割的原理

激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、氣化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。

斯利通陶瓷基板激光切割

2.激光切割的分類

1）氣化切割

激光氣化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料（如紙、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。

2）熔化切割

激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。

3）氧氣切割

激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。

4）劃片與控制斷裂

激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會(huì)沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器。

控制斷裂是利用激光刻槽時(shí)所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。

二、水刀切割

劃片刀(Wafer Saw)主要由電鑄鎳基結(jié)合劑、金剛石/類金剛石等硬質(zhì)顆粒組成。切割時(shí)由主軸帶動(dòng)刀片高速旋轉(zhuǎn)獲得高剛性，從而去除材料實(shí)現(xiàn)切割。由于刀片具有一定的厚度，要求劃片線寬較大。金剛石劃片刀能夠達(dá)到的最小切割線寬為25~35um。切割不同材質(zhì)、厚度的晶圓，需要更換不同的刀具。在旋轉(zhuǎn)砂輪式劃片過程中，需要采用去離子水對(duì)刀片進(jìn)行冷卻，并帶走切割后產(chǎn)生的硅渣碎屑。

斯利通陶瓷電路板水刀切割

1、劃片刀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

劃片刀表面粗粘，有凸起的硬質(zhì)顆粒和刀口，劃片刀的刀尖表面粗糙，刃部近似矩形，與水平面的夾角日接近0°，

而普通刀具，刀尖表面較為光滑，刃部尖銳，刀尖與水平面的夾角 較大;

2、高速轉(zhuǎn)動(dòng)

普通刀具利用鋒銳尖端在物體表面施加集中應(yīng)力,可直接分裂物體進(jìn)行切割。劃片刀與普通刀具不同。因?yàn)楸旧斫Y(jié)構(gòu)、材質(zhì)特性,在靜態(tài)或低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),劃片刀無法實(shí)現(xiàn)切割,必須高速旋轉(zhuǎn)獲得高剛度,從而以碾碎去除材料的形式實(shí)現(xiàn)切割(見下圖)。在這種切割方式下，金剛石刀片以3000~40000r/min的高轉(zhuǎn)速切割晶圓劃片槽。同時(shí)，承載著晶圓的丁作臺(tái)以一定的速度沿刀片與晶圓接觸點(diǎn)的切線方向呈直線運(yùn)動(dòng)，切割晶圓產(chǎn)生的硅屑被去離子水沖走。

3、刀口

刀口是經(jīng)磨刀后在刃部形成的，由順刀方向硬質(zhì)顆粒及其與結(jié)合劑尾端間的細(xì)微凹槽或空洞組成，其根據(jù)刀片配方不同而變化。刀口具有排屑和冷卻的作用，刀口的存在使刀片切割能力得以維持。

4、劃片刀切割機(jī)理

1.撞擊

切割硅等硬脆性材料時(shí)，刀片依靠高速旋轉(zhuǎn)使金剛石等硬質(zhì)顆粒高頻撞擊晶圓，在表面形成微裂紋，壓碎后利用刀口將碎屑帶走。

2.刮除

切割延展性金屬材料時(shí)，刀口持續(xù)刮擦物體表面，將表面拉毛，刮除，并將碎屑排除。

硬質(zhì)顆粒的撞擊和刀口的刮擦使材料能夠從物體表面剝離，同時(shí)刀口能夠?qū)⑺樾技皶r(shí)排除。這兩者協(xié)同作用以保持物體表面材料被持續(xù)剝離，達(dá)到切割的效果。

3、刀片磨損

基于刀片切割運(yùn)動(dòng)形式（高速旋轉(zhuǎn)、水平進(jìn)給）及工作環(huán)境（去離子水及添加劑），刀片主要受以下作用影響：

1）機(jī)械應(yīng)力，法向、切向壓力及切屑的摩擦力。

2）熱應(yīng)力，摩擦導(dǎo)致的溫升熱應(yīng)力。

3）化學(xué)腐蝕，切割水酸堿度（pH值）及化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)。

在一般情況下刀片連續(xù)切割，主要考慮機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的磨損。劃片刀的組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)模式和工作環(huán)境，決定刀片磨損主要為硬質(zhì)顆粒斷裂和結(jié)合劑磨耗兩種模式。

三、優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

陶瓷基板激光切割與水刀切割的對(duì)比

審核編輯 黃宇