Усъвършенстваните керамични субстрати се превърнаха в основни материали в опаковки на полупроводници, силова електроника, радиочестотни устройства и високо{0}}ефективни електронни модули. Сред тях алуминиевият оксид (Al₂O3) и алуминиевият нитрид (AlN) са двете най-широко използвани инженерни керамики.
Въпреки че тези материали може да изглеждат подобни, те реагират много различно по време на лазерна обработка.
За производителите, произвеждащи прецизни керамични субстрати, разбирането на тези разлики е от решаващо значениепри избора на лазерно оборудване, разработване на параметри на обработка и оценка на производствените разходи.
Като цяло, AlN е по-голямо предизвикателство за лазерна обработка от Al2O3, когато се изисква висока прецизност, ниско отрязване на ръбовете и висока надеждност. Тази статия обяснява защо от гледна точка на свойствата на материала, лазер-взаимодействието на материала, стабилността на процеса и производствената производителност.
Свойства на материала: Защо AlN се държи по различен начин
Основната причина се крие във физическите свойства на двата материала.
| Собственост | Двуалуминиев оксид (Al₂O₃) | Алуминиев нитрид (AlN) | Въздействие върху лазерното рязане |
| Топлопроводимост | Умерен | Много високо | Топлината се разсейва много по-бързо в AlN, което прави контрола на енергията по-труден. |
| Топлинно разширение | По-високо | По-ниска | Различното термично поведение влияе върху разпределението на напрежението по време на обработката. |
| Якост на счупване | подобни | подобни | И двата материала са крехки и чувствителни към термичен стрес. |
| Поведение при топене/разлагане | Основно се топи при изключително високи температури | Може частично да се разложи при локализирано високо{0}}температурно лазерно излагане | Качеството на повърхността и електрическите характеристики изискват по-голямо внимание при обработката на AlN. |
За разлика от алуминиевия оксид, AlN е проектиран да пренася топлина ефективно. Въпреки че това го прави изключителен субстрат за електроника с висока-мощност, той също го правипрецизна лазерна обработказначително по-взискателни.
Въздействие на алуминиевия нитрид (AlN) върху лазерното рязане
1. Високата топлопроводимост създава по-тесен прозорец на процеса
Най-голямото предизвикателство при рязане на AlN е неговата изключително висока топлопроводимост.
Тъй като лазерната енергия навлиза в материала, топлината се разпространява бързо встрани от зоната на рязане, вместо да остане концентрирана близо до прореза.
Това създава две практически предизвикателства:
Често се изисква повече лазерна енергия за поддържане на стабилно отстраняване на материала.
Малките промени в параметрите могат да имат много по-голям ефект върху качеството на обработка.
В сравнение с двуалуминиевия оксид, AlN обикновено предлага по-тесен процесен прозорец. Следователно оптимизирането на мощността на лазера, скоростта на сканиране, припокриването на импулсите и стратегията за рязане става значително по-важно.
2. Повърхностната химия е по-чувствителна
Друга важна разлика е поведението на материала при повишени температури.
По време на локализирана лазерна обработка, AlN може да претърпи частично разлагане или окисляване в зависимост от атмосферата на обработка и топлинните условия. В някои случаи метален алуминий или реакционни продукти могат да се появят върху срязаната повърхност.
Тези повърхностни промени могат да повлияят на:
Електрическа изолация
Чистота на повърхността
Качество на метализацията
Последващи процеси на спояване или нанасяне на покритие
За полупроводникови субстрати поддържането на чист, химически стабилен срязан ръб често е също толкова важно, колкото и постигането на точност на размерите.
Внимателно контролиранUV лазерна обработкаможе значително да намали тези ефекти.
3. Пукнатините и напукването на ръбовете са по-трудни за контролиране
И Al₂O₃, и AlN са крехка керамика.
Въпреки това, тъй като AlN пренася топлината много по-ефективно, прекомерната лазерна енергия може да доведе до по-големи топлинни градиенти по време на обработката, ако параметрите на процеса не са правилно оптимизирани.
В резултат на това производителите могат да наблюдават:
Отчупване на ръбове
Напукване на ъгъла
Подповърхностни микропукнатини
Забавено разпространение на пукнатини след обработка
За приложения с висока-надеждност, като например автомобилни захранващи модули или полупроводникови пакети, тези микроскопични дефекти могат да намалят-дългосрочната надеждност, дори ако са невидими с просто око.
Това е една от причините, поради които стратегиите за наслоено рязане обикновено се предпочитат пред агресивното високо{0}}енергийно рязане.
4. Прецизната микро{1}}обработка е по-взискателна
Разликите стават още по-очевидни по време на микро-обработка.
Процеси като:
Микро отвори
Тесни слотове
Ъгли с малък-радиус
Фино контурно изрязване
изискват изключително стабилна лазерна енергия и точен контрол на движението.
За субстрати от алуминиев оксид тези характеристики често могат да бъдат произведени с помощта на добре-утвърдени параметри на процеса.
За AlN субстрати обаче производителите обикновено отделят значително повече време за оптимизиране:
Дебелина на слоя
Припокриване на импулса
Стратегия за сканиране
Условия на охлаждане
Помощ за газ
5. Изискванията към оборудването са по-високи
Успешната обработка на AlN не се състои само в избора на правилната дължина на лазерната вълна.
Стабилността на машината също става все по-важна.
За прецизно рязане с AlN, производителите обикновено предпочитат системи, оборудвани с:
Стабилни UV лазерни източници
Високо{0}}качествено предаване на лъч
Прецизни скенери за галванометър
Платформи за точно движение
Надежден контрол на температурата
Ефективно подпомага-управление на газа
Подравняване на зрението с висока{0}}резолюция
Машина, способна да обработва надеждно двуалуминиев оксид, все още може да изисква допълнителна оптимизация, преди постоянно да произвежда високо{0}}качествени части от AlN.
Кой лазер е най-добър за AlN?
За тънки и средни -дебелини AlN керамични субстрати, използвани в полупроводникови и електронни приложения, 355 nm UV наносекундни лазери остават най-широко възприетото решение.
Техните предимства включват:
Малки зони{0}}засегнати от топлина
Отлична точност на размерите
Натрошаване на нисък ръб
Стабилно контурно рязане
Добра съвместимост с прецизни микро{0}}функции
Свръхбързите пикосекундни и фемтосекундни лазери могат допълнително да намалят топлинните ефекти, но обикновено се избират само за приложения, изискващи изключително висока точност или изключителна надеждност.
AlN срещу алуминий: практическо сравнение
| Сравнение | Двуалуминиев оксид (Al₂O₃) | Алуминиев нитрид (AlN) |
| Стабилност на процеса | Отлично | По-чувствителен към промяна на параметрите |
| Качество на ръба | По-лесно за оптимизиране | Изисква по-строг контрол на процеса |
| Обработка на микро{0}}отвори | Зрял процес | По-предизвикателно |
| Управление на топлината | Относително прощаващ | Изисква внимателна оптимизация |
| Изисквания към оборудването | Стандартни прецизни UV системи | Предпочита се по-висока стабилност на системата |
| Време за развитие на процеса | По-кратък | Обикновено по-дълго |
Въпреки че AlN е по-труден за обработка, неговата превъзходна топлопроводимост го прави незаменим за много съвременни електронни приложения.
Допълнителната сложност на обработката често се оправдава със значително подобрените топлинни характеристики на крайния продукт.
Заключение
Както двуалуминиевият оксид, така и алуминиевият нитрид са отлични керамични материали, но представляват различни предизвикателства по време на лазерната обработка.
За повечето прецизни керамични приложения алуминиевият оксид предлага по-широк прозорец за обработка, по-зрял производствен опит и по-лесна оптимизация на процеса.
Алуминиевият нитрид обаче изисква по-строг контрол на лазерните параметри, стабилността на машината, термичното управление и развитието на процеса. Неговата по-висока топлопроводимост, по-голямата чувствителност към локално нагряване и по-строгите изисквания за качество го правят един от най-предизвикателните керамични субстрати за прецизно лазерно рязане.
Разбирането на тези разлики помага на производителите да изберат правилната лазерна технология, да оптимизират производствената ефективност и да постигнат постоянно качество на продукта.
Защо да изберете YCLASER?
Обработката на усъвършенствана керамика изисква повече от просто избиране на правилния лазерен източник. Изисква познания за приложението, доказана разработка на процеси и надеждно производствено оборудване.
YCLASER е специализирана в прецизни лазерни решения за модерни керамични материали, включително Al₂O₃, AlN, ZrO₂, Si3N₄ и SiC. От оценка на проби и оптимизиране на процеса до персонализирано оборудване и производствена поддръжка, ние помагаме на производителите да постигнат стабилни, високо-качествени резултати в широка гама от керамични приложения.
Независимо дали разработвате полупроводникови субстрати от следващо-поколение или разширявате масовото производство, нашият инженерен екип е готов да ви помогне да идентифицирате най-подходящото решение за лазерна обработка за вашето конкретно приложение.Свържете се с нас сега!
