Новые лазерные алмазные инструменты для обработки керамики и полупроводниковых материалов

Доктор Джон Паттен, профессор технологии производства в Университете Западного Мичигана, разработал технологию микролазерной обработки под названием «μ-LAM», которая сочетает в себе лазеры с алмазными инструментами для нагрева, смягчения и резки кремниевых полупроводников и керамики. материалы.

Джон Паттен сказал: «Эти материалы обычно очень хрупкие и имеют тенденцию легко ломаться, если вы попытаетесь их деформировать или обработать. Смягчая эти материалы, мы можем повысить их гибкость и облегчить их обработку».

Устройство обработки μ-LAM включает в себя инфракрасный волоконный лазер (диапазон длин волн 1000–1500 нм). Лазерный луч воздействует на заготовку через одноточечный алмазный инструмент с высокой оптической прозрачностью, нагревая материал заготовки до температуры более 600 ℃. Алмазный инструмент с радиусом дуги кончика 5–5 мм соединяется с лазером, установленным в вольфрамовом или карбидном корпусе, посредством эпоксидной связи (подходит для обработки милливаттным лазером) или сварки/пайки (подходит для обработки лазером мощностью 1 Вт или более). .

Другие инженеры пробовали различные методы обработки хрупких материалов (например, керамики). Один из методов — нагреть заготовку в печи перед ее обработкой; другой метод — использовать лазерный нагрев и резку алмазным инструментом отдельно. Метод, изобретенный Паттеном, объединяет лазер и алмазный инструмент, поэтому он имеет очевидные преимущества. Он объяснил: «Все проще, потому что лазер и инструмент выровнены, а лазерный нагрев происходит только на режущей кромке инструмента, поэтому можно получить наилучший эффект обработки. Кроме того, материал заготовки не будет перегреваться. .'

Паттен сказал, что технология обработки μ-LAM также может сократить время обработки и затраты на обработку, а также получить очень гладкие оптические поверхности. «При использовании традиционных методов обработки, если вы хотите изготовить оптический элемент (например, отражатель), обычно нужно начать с литой заготовки, а затем пройти ряд этапов обработки: черновое шлифование, тонкое шлифование и шлифование, прежде чем вы сможете его окончательно сформировать. Наш метод обработки заменяет первоначальную серию процессов, резку одноточечным алмазным инструментом на станке с ЧПУ, а также позволяет получить превосходную шероховатость поверхности (Ra1-10 нм).»

Паттен работает с японской компанией над коммерческим применением системы μ-LAM. Он ожидает, что изобретение найдет применение в ряде отраслей, в том числе в автомобильной, аэрокосмической, медицинской, полупроводниковой и оптической промышленности. «Наша первоначальная цель заключалась в том, чтобы нацелиться на оптическую и полупроводниковую промышленность, но теперь кажется, что большая часть ее применений будет в высокоэнергетических и высокотемпературных микроэлектронных устройствах», — сказал он. 'В полупроводниковой промышленности кремниевые пластины являются носителями микросхем и интегральных схем, а в условиях высокотемпературной работы люди будут использовать карбид кремния. Поэтому сейчас почти вся наша энергия сосредоточена на переработке карбида кремния. '