Substrat silikon karbida (SiC) dapat digunakan untuk menyiapkan perangkat daya, perangkat RF, dan perangkat deteksi yang tahan terhadap suhu tinggi, tegangan tinggi, dan radiasi. Hal ini akan diterapkan secara luas dalam bidang elektronik konsumen, kendaraan energi baru, transportasi kereta api, dan bidang lainnya, sehingga menawarkan prospek penerapan yang luas dan kepentingan strategis yang signifikan. Proses pembuatan wafer SiC kristal tunggal terutama melibatkan penarikan ingot, pemotongan ingot, dan langkah-langkah proses lainnya, dengan tujuan memperoleh wafer SiC berkualitas tinggi dengan ketebalan tertentu.
Namun, kekerasan, kerapuhan, dan stabilitas kimia SiC yang sangat tinggi membuatnya sulit untuk diproses. Akibatnya, teknologi pemotongan SiC telah menjadi pusat penelitian saat ini. Saat ini, metode pemotongan utama untuk wafer-kristal SiC tunggal mencakup pemotongan mata gergaji bundar berlian, pemesinan pelepasan listrik kawat (WEDM), pemotongan gergaji kawat, pemotongan fraktur terkontrol tegangan termal laser (perengkahan termal laser), dan pemotongan dadu siluman laser.
Blade Dicing (Pemotongan Gergaji)
Pisau potong dadu menggunakan-gergaji potong dadu berpresisi tinggi untuk memotong wafer. Sampel dilekatkan pada film biru, dan-alat berlian berputar berkecepatan tinggi akan menggesek sampel SiC. Tekanan mekanis menyebabkan patah getas pada material, sehingga terjadi pemisahan. Selama pemotongan, pahat berputar dengan kecepatan sangat tinggi (biasanya 30.000–50.000 rpm) dengan tekanan umpan aksial yang diterapkan. Alat ini biasanya terdiri dari butiran berlian dan matriks ikatan, dengan permukaan yang ditutupi oleh partikel berlian berukuran mikron. Partikel-partikel ini menghasilkan tekanan lokal yang sangat tinggi saat bersentuhan dengan permukaan SiC, menyebabkan retakan mikro di dalam material. Seiring kemajuan alat, retakan mikro ini menyebar di sepanjang bidang kristal tertentu dan saling berhubungan, akhirnya membentuk retakan makroskopis yang melengkapi pemotongan. Kualitas pemotongan dipengaruhi oleh banyak faktor: kecepatan putaran pahat, laju pengumpanan, dan penggunaan cairan pendingin semuanya mempengaruhi hasil pemotongan secara signifikan.
Pemotongan jet air
Pemotongan waterjet adalah metode pemrosesan berdasarkan jet air bertekanan tinggi. Air diberi tekanan hingga tingkat sangat tinggi dan dialirkan melalui nosel lubang kecil untuk membentuk pancaran berkecepatan tinggi, yang kemudian memotong material. Teknik ini dapat dibagi menjadi pemotongan waterjet murni dan pemotongan waterjet abrasif. Pemotongan waterjet abrasif mencampur partikel abrasif (misalnya garnet atau aluminium oksida) ke dalam jet air, sehingga sangat meningkatkan kemampuannya untuk mengerjakan material keras.
Pemotongan waterjet menawarkan keunggulan penting: sifat pemrosesan dinginnya menghindari zona yang terpengaruh panas, sehingga cocok untuk material yang sensitif terhadap panas; ini memberikan fleksibilitas tinggi untuk memotong geometri yang kompleks; dan bebas polusi dengan tingkat kebisingan yang rendah. Namun, pemotongan waterjet juga memiliki keterbatasan: kecepatan pemotongan yang relatif lambat, investasi peralatan awal yang tinggi, efisiensi yang terbatas saat mengerjakan material ultra-keras seperti SiC, dan kecenderungan menyebabkan keretakan getas.
Pemotongan Laser Berpanduan Jet Air
Prinsip pemotongan laser berpemandu pancaran air adalah menggunakan pancaran air sebagai media transmisi sinar laser. Pancaran air diarahkan tegak lurus terhadap permukaan material. Ketika sinar laser ditransmisikan di dalam pancaran air, refleksi internal total terjadi pada antarmuka pancaran udara. Setelah beberapa kali refleksi, distribusi energi laser berubah dari profil Gaussian ke profil datar sebelum bekerja pada permukaan benda kerja.
Pemotongan laser berpemandu jet air secara efektif mengurangi efek termal laser. Namun, teknik ini memerlukan pengenalan jet air mikro, yang meningkatkan kompleksitas dan biaya peralatan. Selain itu, sambungan stabil antara laser dan pancaran air mikro sulit dicapai, menyebabkan waktu pengoperasian stabil yang singkat, biaya perawatan yang tinggi, dan pengoperasian yang menantang, sehingga membatasi kepraktisannya. Mengingat kepraktisan yang rendah dan efisiensi pemrosesan yang rendah, metode ini kemungkinan tidak akan diadopsi secara luas dalam pembuatan wafer dicing.
Pemotongan Ablasi Laser
Prinsip kerja pemotongan ablasi laser adalah memfokuskan sinar laser ke permukaan material. Bahan tersebut menyerap energi laser, menyebabkan getaran paksa atom dalam kisi kristal, mempercepat gerakan termal dan menghasilkan panas. Ketika energi masukan melebihi ambang ablasi material, material tersebut meleleh dan menguap, sehingga dihilangkan. Saat ini, kecepatan pemindaian maksimum untuk pemotongan ablasi laser dapat mencapai 1000 mm/s, sehingga menawarkan kecepatan pemrosesan yang tinggi. Namun, metode ini masih mengandalkan penghilangan material, yang memerlukan penguapan material secara menyeluruh di area pemindaian laser. Masukan panas yang berlebihan sering kali menyebabkan zona terkena dampak panas yang luas, retakan termal, dan kerusakan termal lainnya, sehingga mengurangi kualitas potongan.
Pemotongan Laser Siluman
Pemotongan laser siluman didasarkan pada pemfokusan sinar laser semitransparan dengan panjang gelombang tertentu melalui sistem pemfokusan optik ke lokasi tepat di dalam wafer, sehingga membentuk lapisan yang dimodifikasi. Teknologi ini melibatkan dua langkah utama: pembentukan lapisan termodifikasi dan pemisahan chip. Selama tahap laser dicing, panjang gelombang laser dipilih sesuai dengan sifat fisik material yang sedang diproses. Dengan mengoptimalkan parameter proses, lapisan yang dimodifikasi dibuat di dalam wafer. Terbentuknya lapisan termodifikasi disertai dengan retakan mikro yang meluas ke permukaan depan dan belakang wafer. Untuk wafer dengan ketebalan tertentu, fokus laser disesuaikan untuk memindai pada berbagai kedalaman, memungkinkan lapisan yang dimodifikasi untuk saling berhubungan dan membentuk jaringan yang lengkap. Setelah lapisan modifikasi yang dibentuk laser dibuat, wafer harus dipisahkan menggunakan kekuatan mekanis. Biasanya, pengepresan atau peregangan rol diterapkan untuk menyebarkan retakan mikro dari lapisan yang dimodifikasi ke seluruh ketebalan wafer, sehingga mencapai pemisahan chip yang lengkap. Selama langkah pemisahan mekanis, keseragaman lapisan yang dimodifikasi dan pengendalian retak sangat penting untuk menghindari material terkelupas.