SYNOVA S.A. B. Richerzhagen. Wasserstrahlgeführtes Laserschneiden

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1 SYNOVA S.A. B. Richerzhagen Wasserstrahlgeführtes Laserschneiden

2 Das Prinzip des MicroJet Schneiden mit Laser und Wasser Laserstrahl Wasserstrahl Laserstrahl Totalreflexion Schnittbreite Düse Wasser Laserstrahlleitender Wasserstrahl

3 Kaltes Laserschneiden Stetiger Wechsel Kühlen und Heizen (& Abtragen) Aufschmelzen und Abtragen Kühlen Laserleistung Kühlleistung des Wassers Zeit

4 Technische Angaben Wellenlänge des Lasers:1,064 µm Laserpulswiederholrate: max 4000 Hz Laserpulsdauer: 0,05 0,25 ms mittlere Laserleistung: 300 W Wasserstrahldruck: bar Strahldurchmesser µm Wasserqualität: gefiltert auf 0,2 µm, deionisiert Wasserstrahllänge: 50 mm Wasserdurchfluss: im Durchschnitt 20ml/min

5 Vergleich mit konventioneller Lasertechnik Einspritzdüsen Sliziumwafer Leiterplatte

6 Anwendungen (1) Halbleitermaterialien Vorteile gegenüber Laser: keine Materialablagerung keine Mikrorisse keine Gratbildung Produkte: Wafer aus Silizium, Galliumarsenid, Germanium, Solarzellen

7 Ergebnisse beim Waferschneiden Schnittgeschwindigkeit max. 150 mm/s Schnittspaltbreite min. 50 µm Materialdicke max. 5 mm

8 Ergebnisse beim Waferschneiden Qualität der Schnittkante 50 µm 50 µm Laserpulse Schnittkante Wafer Kleine Ueberlappung der Pulse (= grosse Geschwindigkeit) Laserpulse Schnittkante Wafer Grosse Ueberlappung der Pulse (= kleine Geschwindigkeit)

9 Heutiges Verfahren zum Waferschneiden Sägen mit Diamantscheiben Diamantsägeblatt Wafer

10 Probleme der herkömmlichen Sägetechnik keine konstante Schnittqualität durch Verschleiss des Sägeblattes hohe Verbrauchskosten (Sägeblätter, DI-Wasser) Chipping (front und back side) mechanischer Stress, Rissbildung, geringe Kantenbruchfestigkeit wenig geeignet für sehr dünne Wafer (min. 200 µm) nur gerade Konturen Grenzen sind erreicht in Bezug auf Geschwindigkeit und Schnittqualität

11 Vergleich mit der Säge Chipping Herkömmliche Säge wasserstrahlgeführter Laser

12 Vorteile des Laser Dicings Konstante Schnittqualität, kein Werkzeugverschleiss Keine mechanischen Kräfte Kein Chipping Sehr hohe Kantenbruchfestigkeit Schneiden von beliebigen Konturen (via holes, slots) Ritzen Ideal für sehr dünne Wafer (Smart Cards) Waferdicke zwischen 25 µm und 5 mm

13 Chipfixierung durch LaserTape LaserTape entwickelt von NITTO und SYNOVA Das LaserTape wird nicht vom Laser geschnitten Das LaserTape ist wasserdurchlässig Genauso einsetzbar wie herkömmliches Dicingtape Laser- Wasserstrahl Wafer LaserTape

14 Erste Anwendungen des Laser Dicings Dünne Wafer (Smart Cards) Via holes (Sandwich Chips) Slot cutting (Tintenstrahldrucker) Runde, sechseckige Chips (Dioden, Transistoren) GaAs Wafer (Opto- und Kommunikationselektronik) CSP (Vereinzeln von verpackten Chips)

15 Anwendungen (2) Metall- oder Kunststofffolien Vorteile gegenüber Laser: keine Abstandsregelung kein Schneidgas hohe Konturgenauigkeit durch konstanten Schnittspalt Produkte: SMD-Schablonen, Wärmeleitfolien, Matrizzen, Verpackungsfolien, Metallkatalysatoren

16 Anwendungen (3) Dünnschichten Vorteile gegenüber Laser: keine Beschädigung des Substrates keine Materialablagerungen keine wärmebeenflusste Randzone Produkte: Dünnschichtsolarzellen, Touchscreens, Siliziumstrukturen

17 Anwendungen (4) Medizinische Instrumente/Implantate Vorteile gegenüber Laser: keine Materialveränderungen durch Wärme keine Materialablagerungen Rohrbearbeitung ohne Rotation Produkte: Stents, Endoskope, Implantate aus Titan

18 Gummiprofile Anwendungen (5) Kunststoffe/ Komposite Vorteile gegenüber Laser: keine Karbonisierung Senkrechte Schnittkanten Geringe Umweltbelastung durch Partikelbindung im Wasser Produkte: Polyamidleiterplatten, 3D-Modelle aus Polyethylen, Vergussmasse von ICs, CFK,

19 Zusammenfassung der Stärken des Microjet Vefahrens Keine Wärmeschädigung (unerwünschte Materialveränderungen, Risse, Oxydation) Saubere Oberflächen (keine Materialablagerungen auf der Oberfläche oder unter dem Schnitt befindlichen Oberflächen) Geführter Laserstrahl (keine Abstandsregelung, parallele Schnittkanten) Kein Schneidgas (sehr geringe Kräfte auf das Material, Schneidprodukte werden im Wasser gebunden) Hohe Abtragungseffizienz (hohe Schnittgeschwindigkeiten, hoher Materialdurchsatz)

20 Abgrenzung des Microjet- Verfahrens zu anderen Verfahren präziser und kälter als Laser kraftärmer und schneller als Hochdruckwasserstrahl oder Partikelstrahl flexibler und verbrauchskostengünstiger als Diamantsägen schneller, flexibler und umweltfreundlicher als chemisches Ätzen flexibler und werkzeugkostengünstiger als Stanzen

21 MicroJet

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