Beim Trennen und Abtragen von Silizium-Wafern ist höchste Präzision mit kleinsten Konturen auf einer ausgedehnten Fläche gefragt. Die klassische mechanische Methode des Wafer Dicing stößt hierbei an ihre Grenzen, da sie die Anforderungen an Feinheit und Präzision nicht erfüllen kann. Genau hier punktet der Einsatz der UKP-Lasertechnologie mit einem Spektralbereich von typischerweise 1 µm in der Bearbeitung von Silizium.
Vorteile der UKP-Laserbearbeitung bei Silizium-Wafern
Die Verwendung von Ultrakurzpulslasern im Spektralbereich von 1 µm ermöglicht eine außerordentlich feine und präzise Bearbeitung von Silizium-Wafern. Diese innovative Technologie erzeugt selbst auf großen Flächen hochkomplexe Strukturen mit höchster Genauigkeit, was für Anwendungen in der Halbleiterindustrie von entscheidender Bedeutung ist. Durch den Verzicht auf mechanische Bearbeitungsschritte des Wafer Dicings und stattdessen den gezielten Einsatz der UKP-Lasertechnologie mit 1µm-Wellenlänge wird der Silizium-Wafer keinem mechanischen Stress mehr ausgesetzt und damit potenzielle Schäden wie Ausplatzer und Risse im Material vermieden.
Der Vorteil der UKP-Lasertechnologie liegt in den extrem kurzen Pulsen, bei denen es zu keinem thermischen Eintrag und damit keinerlei Schädigung des Materials kommt. Zudem weist die Bearbeitung mit dem UKP-Laser eine geringere Schnittfugenbreite auf, was zu weniger Schnittfugenverlust und damit im Vergleich zum Wafer-Dicing zu einer höheren Ausbeute an Chips pro Wafer führt. Dies resultiert in einer effizienteren Nutzung des Wafer-Materials und trägt zu Kosteneinsparungen bei. Das Verfahren zeichnet sich weiterhin durch eine hohe Geschwindigkeit aus, was im Prozesszu deutlich kürzeren Bearbeitungszeiten führt und somit die Produktivität steigert. Zwei weitere entscheidende Vorteile gegenüber dem bisherigen mechanischen Verfahren sind die geringere Notwendigkeit von Nachbearbeitungsschritten, da keinerlei Gratbildung und Schmelzanhaftung erfolgt, und der Wegfall eines liquiden Kühlmediums, welches den Ressourcenverbrauch und gleichzeitig die Wafer-Kontamination reduziert. Darüber hinaus ermöglicht die Laserbearbeitung Freiformkonturen inklusive 3D-Bearbeitung, was insbesondere für die Erzeugung von Kavitäten, Kanälen, geneigten Ebenen und Sacklöchern von großer Bedeutung ist.
Zusammenfassend bietet die UKP-Laserbearbeitung nicht nur eine präzise Lösung für die Herausforderungen der Silizium-Wafer-Bearbeitung, sondern optimiert auch die Effizienz, Nachhaltigkeit und Qualität des gesamten Prozesses.
EXKURS: Warum sind Silizium-Wafer so unabdingbar heutzutage?
Silizium-Wafer sind heute in vielen Bereichen der Technologie unverzichtbar, hauptsächlich aufgrund von 3 Gegebenheiten des Materials:
Zum einen besitzt Silizium einzigartige Eigenschaften wie die elektrische Leitfähigkeit, die kristalline und damit regelmäßige Gitterstruktur für die Herstellung von präzisen und zuverlässigen Halbleiterbauelementen, ihre hohe Materialstabilität und Zuverlässigkeit für einen langfristigen Einsatz in elektronischen Systemen sowie optische Eigenschaften für Anwendungen in der Photonik und der optoelektronischen Industrie.
Des Weiteren zu nennen ist die Verfügbarkeit in großen Mengen. Silizium ist nahezu unbegrenzt verfügbar, denn es ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste.
Der dritte Aspekt ist die weit verbreiteten Verwendungen von Silizium. In der Halbleiterindustrie dienen sie als Basis für die Herstellung von Halbleiterbauelementen wie Mikrochips, Transistoren und Dioden. Diese Bauteile sind wesentliche Bestandteile elektronischer Geräte, von Computern und Smartphones bis hin zu Industriesteuerungen und Kommunikationstechnologie. Wichtig sind sie auch in der Energieerzeugung und Speicherung. Hier werden Silizium-Wafer in Solarzellen von Photovoltaikmodule für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie eingesetzt. Außerdem spielen sie eine wichtige Rolle in Batterie- und Energiespeichersystemen für die Speicherung erneuerbarer Energien. In der Elektronik und Sensorik werden Silizium-Wafer in elektronischen Geräten wie Sensoren, Aktuatoren und Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) für Anwendungen in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und vielen anderen Bereichen verwendet. Zudem bilden Silizium-Wafer die Grundlage für die Herstellung von Mikroprozessoren und anderen integrierten Schaltkreisen, die für die Datenverarbeitung und Kommunikation in Computern, Mobilgeräten, Netzwerkgeräten und anderen elektronischen Systemen unerlässlich sind.
Neuer Wachstumsmarkt Silizium-Photonik: Silizium ermöglich neue Lösungen und Anwendungen
Ein wichtiger Treiber für den Silizium-Photonik-Markt ist der stetig wachsende weltweite Datentransfer. Gerade hier steigt die Hitzeentwicklung in den Rechenzentren an, denn elektronische Kabel, Schaltungen und Chips benötigen viel Energie, die zu einem Großteil als nutzlose Abwärme endet. Die Lösung: Auf Silizium-Wafern lassen sich, Dank Verfahren der Mikroelektronik, lithografisch einzelne Bausteine aber auch komplette photonische Systeme drucken, die die Integration von Laser- und Sensorsystemen oder von Integrierten Photonischen Schaltungen, sogenannte PICs – Photonic integrated Circuits, auf Chips ermöglichen. Dies wiederum ermöglicht zum Beispiel die optische Breitband-Kommunikation. Die optische Datenübertragung durch Lichtwellenleiter ist weitaus effizienter gegenüber dem bisherigen elektronischen Datentransfer, da hier selbst bei höchstem Datenverkehr praktisch keine thermische Reaktion auftreten.
Eine weitere Lösung ist die volle Integration von LiDAR-Systemen auf Silizium-Chips, auch sogenannte Lidar-System-on-Chip-Konzepte für autonome Fahrzeuge. Zusätzlich zu nennen sind Plattformen auf Basis Photonisch integrierter Schaltungen, auch kurz PICs, für biomedizinische Sensorik mit Einsatz in Wearables.
In allen genannten Beispielen ermöglicht Silizium vielversprechende neue Lösungen und damit auch Anwendungen.
Vielseitige Einsatzmöglichkeiten der UKP-Lasertechnologie
LCP setzt die UKP-Lasertechnologie seit Jahren erfolgreich für Ihre Kunden für die Mikrobearbeitung aller Materialien ein und kann auf fundiertes Wissen zurückgreifen. Neben der Bearbeitung von Silizium-Wafern sind eine Vielzahl weiterer Anwendungen möglich:
- Schneiden von dünnsten Folien ohne Verzug mit kleinsten Stegbreiten und Schlitzen
- Einbringen von Sollbruchstellen in sprödharte Materialien zur späteren Vereinzelung
- Erzeugung von Mikrostrukturen in schwer ätz- oder spanbaren Werkstoffe
- Strukturierung/Entschichten von beschichteten Bauteilen
- Erstellung definierter Oberflächenstrukturen für spezielle Abformungs-, Haftungs- und Reibeigenschaften
- Einbringen von speziellen Oberflächengeometrien mit geringer Tiefe zur Verbesserung von Reibeigenschaften
- Laserbohren von Mikrolöchern, auch in Mehrfachanordnung
- Schneiden von keramischen und metallischen Werkstoffen ohne thermische Wechselwirkung
- Schneiden von Glas-Wafer aus Materialien wie Borofloat® 33, D 263® T eco, AF 32®, AS87®, MEMpax®, BK7 sowie Quarzglas
- saubere, stressfreie Bearbeitung von Kunststoffen/ Leiterplattenmaterialien (FR3, FR4, FR5, Polyimid, Kapton®/ Pyralux®) ohne Karbonisierung der Schnittkanten
Headerbild: ©Anatoly Morozov by Getty Images/Canva
