Yarı iletkenler are an integral part of the inner workings of medical devices, katkı to the conductivity arasında iletken olmayanlar ve iletkenler to control the current. In turn, the assembly process to make the perfect semiconductor is very detailed, özellikle şimdi that devices oluyor daha küçük ve daha küçük. As semiconductors are rapidly minyatürleştirilmiş to fit into these smaller devices, the role of lasers in semiconductor üretim has adapte olmuş.
Lazer teknoloji is sıca kullanılan içinde yarı iletken üretim için ince 2c hassas, çok yönlü ve güçlü kirişler for a çeşitli of nedenlerle 2c dahil kesme, kaynak, kaplama sökme ve işaretleme.
Kesme / Karalama
In the production of semiconductors, there are various dicing steps, including cutting gofrets out of crystal blocks and templates out of thin films. Dicing with a laser ensures that chips are cleanly cut so that onlar fit düzgün into the final device. Using lasers allows semiconductors to be cut into many shapes and patterns that are not possible useing other dicing methods. According to Columbia University's Fu Foundation School of Engineering and Applied Science, cutting gofretler using this method reduces tool wear and material loss and results in higher yields.
Columbia's study material on semiconductor laser processing states that "advantages of laser cutting include less tool wear, reduced material loss around the cut, higher yields due to less breakage, and faster turnaround due to ease of fixturing."
Başka bir seçenek için kesme karalama - delme a serisi yakın aralıklı veya üst üste binen kör delikler yarı yolda içinden malzeme. Bu is a yöntem yaygın kullanılan içinde yarı iletken imalat uygulamalar, böyle kesici alüminyum oksit substratlar içeri çip taşıyıcılar veya ayıran silikon gofretler için çipler. O değer not o tip lazer gerekli için karalama bağımlı malzeme kullanılan o o değer değer noting o tip lazer gerekli karalama bağımlı malzeme kullanılan.
üniversite diyor ki, "Alüminyum oksit karalama kullanımları CO2 lazerler% 2c iken silikon karalama kullanımları Nd% 3aYAG lazerler çünkü farklı malzemeler var farklı emilim oranlar at farklı dalga boyları."
The motivasyon for kullanmak karalama versus kesme bağlıdır on the speed at hang the action gerçekleşir in the fabrication shop. "For alüminyum oksit, hang is about {{{}}.025 inç kalın, the material can be scribed at a rate of yaklaşık 10 inç saniye kullanan a orta-güç CO2 lazer, oysa for a similar laser, the cutting rate may be fractions of an inch per second," writes the üniversite personel. "Karalama ayrıca teklifler avantaj olmak olabilmek yazmak alttabaka önceki işlemek tamamlanmış ve sonra kolayca ayır it into chips after processing."
Lehimleme
Lazer lehimleme veya lazer diyot kaynak is the process of melting bitişik parçalar of a semiconductor component together, much like securing a gofret to a support board. For support boards that are ready to be bonded, such as lead frames, the laser places an identification mark on the frame and then roughens the surface to ensure that the two parts are securely bonded together. Once bonded together, the laser marking machine the çapaklar oluşturan by the roughening proses kaldırır.
Kaplama Kaldırma
Sağlamak bu yarı iletken temiz ve ücretsiz kusurlar is parça parça a imalat süreç çağrılan kaplama sökme. Kullanım a lazer (genellikle Nd:YAG), istenmeyen kaplamalar can be removed as if if they were reçine or bakır, and as if they were gold or thin film coatings. For deburring, the laser utilize its fine, hassas beam to remove over material without out causing damage to the product. Sökme kaplamalar izin verir kusurlar olmak daha fazla açıkça analiz edilen, ortadan kaldırmak ihtiyaç sökmek için inceleme, hangisi olabilir sonuç in ürün hasar.
İşaretleme
İşaretli çipler zorunluluk ayrıca okunabilir, as işaretleyici is a kullanışlı yol to belirleyici hangisi ürün uygun için an uygulama. Uygun gofret Dünya, "The lazer değil sadece kesikler için yüzey of gofret, ama ayrıca yeniden düzenler yüzey parçacıklar to oluştur aşırı sığ ama okunması kolay işaretler."
There are two types of markers used on semiconductors: etch markers and annealed markers. Etch markers are thin layers of material that are removed using a laser, leaving a textured mark about 12 to 25 microns deep. These are often referred to as "hard marks" because there is a visible change in the surface layer.
Tavlama işaretler, on the other hand, use a laser set to a lower power level to rearedit the moleküller rather than gravür them. This create a contrast on the chip surface that is visible when light is reancted.
Types of lazerler
Şu anda, şirketler çoğunlukla kullanım katı hal lazerler çip fabrikas çünkü onlar onlar bilinen için yüksek güç ve kullanım cevher as the laser medium. cevher medya tipik oluşan itriyum, alüminyum, alüminyum, garnet, veya yttrium vanadat kristaller. İçin örnek, Nd:YAG lazerler kullanım neodimyum katkılı yttrium alüminyum garnet kristaller as the medium. The laser beam is generated using an osilatör that stimulates the medium with light from a laser diyot.
One type of of solid-state laser used for chip marking, gravür, and dicing is the fiber laser, Keyence says, adding that the high-speed lasers use "optical fibers as rezonators and create overlapping structures through Yb-ion doped fiber cladding," noting that its fiber lasers are known as the MD-F series of 3-axis fiber lasers. "Bazıları of the kullanımları of fiber lazerler içer sökme çapaklar from üretim öncesi süreçler, işaretleme izlenebilirlik kodlar, ve kaldırma reçine için kusur analiz."
Excimer lazerler vardır ayrıca kullanılan in semiconductor manufacturing. Bunlar derin ultraviyole (UV) lazerler ile dalga boyları aralıklı 126 nm to 351 nm that are primarily kullanılan polimer mikromachining. The shorter UV laser beams compared to solid state make them suitable for any type of material, including very fragile and delicate materials, and allow them to work in a very small hassas alan with a reduced point of action. Ne zaman kullanılır işaretleme için% 2c UV lazerler alter yapı ürün malzeme at moleküler seviye olmadan üreten ısı içinde çevreleyen alan.
Lazer Yenilikler
Şu anda, katı-hal ve excimer lazerler görülen as the ana seçenekler ne zaman kullanan lazer üretim için yarı iletken üretim. Ancak, a yeni seçenek bu can rakip klasikler Mayıs yakında be available. In a recent study published in the journal Nature, a team of researchers from Kyoto University led by Susumu Noda wrote that they have throw steps to overcome overover the limitations of semiconductor laser brightness by change the structure of photonic crystal surface emitting lasers (PCSELs). According to the Institute of Electrical and Electronics Engineers, brightness is an advantage that includes the degree of focusing or diverence of a beam of beam ışık. PCSEL'ler, iken görülen as an çekici seçenek için yüksek parlaklık lazerler, daha önce daha öncelikli ölçeklendirilemez ölçekli kullanım in large-scale operations due to challenges with the size and brightness of the lasers.
Genellikle% 2c problem ile PCSEL'ler kaynaklanıyor arzu genişlemek onların yayan alanı% 2c hangi anlamına gelir bu var oda için ışık için salınım in yön emisyon ve in in enine yön. % 22 Bunlar enine salınımlar bilinir olarak üst düzey modlar ve olabilir yok et kalite ışın % 2c% 22 IEEE yazar. "In addition, if the laser is operated continuously, the heat inside the laser can change the refractive index of the device, leading to further deterioration of the beam quality."
In the Nature study, the researchers used photonic crystals embedded in the laser and "adapted the internal reflecator to allow single-mode salınımlar over a wider area and to compensate for thermal damage." Bunlar değişiklikler izin verilen lazer to maintain high beam quality throughout continuous operation.
araştırmacılar geliştirilmiş a 3-mm-çap PCSEL in onların çalışması, a 10-fold jump from the önceki 1-mm-çap PCSEL cihaz.
"For a fotonik kristal yüzey-yayan lazer ile a büyük rezonans çap of 3 mm, [sürekli-dalga] çıkış güçler of daha fazla %5{0 W, saf tek-mod salınımlar, ve an aşırı dar ışın sapma of 0.05 derece , karşılık gelen to daha fazla 10,000 dalgaboyları içinde malzeme, var olmuş başarılmış," the araştırmacılar yazılmış içinde te çalışma. Parlaklık ...... ulaşıyor 1 GW cm% 7B{10}} SR-1, Karşılaştırılabilir to mevcut Büyük lazerler."
It is worth noting that by "large-volume lasers," the researchers mean the solid-state and excimer lasers currently used in semiconductor laser manufacturing.
As part of the process of establishing a 1,000-square-meter center of excellence for surface-emitting lasers for photonic crystals at Kyoto University, Noda and his team have also shifted from manufacturing photonic crystals using electron-beam lithography to fabricating them with nanoimprint lithography.
"E-beam lithography is precise, but usually too slow for large-scale manufacturing," says the IEEE. "Nanoimprint lithography basically embosses patterns onto semiconductors and is useful for creating very regular patterns quickly."
The next step, according to the study, is to continue to expand the diameter of the laser from 3 to 10 millimeters - a size that reportedly produces 1 kilowatt of output power.
