Industria	Fabricación de semiconductores, cerámicas avanzadas, materiales semiconductores de tercera generación.
Proceso	Mecanizado de orificios pasantes de una sola pasada con láser guiado por chorro de agua (WJGL)
Solución	Sustratos de SiC personalizados de 35 mm × 2 mm con microagujeros de precisión de Φ0,15 mm
Servicios	Consulta técnica, desarrollo de procesos, informes de inspección, recubrimiento y mecanizado personalizados.
Resultados	• Geometría uniforme del orificio desde la entrada hasta la salida confirmada por SEM • Sin reducción mensurable; relación de aspecto adecuada para 2 mm de espesor • Zona mínima afectada por el calor y prácticamente sin astillas en SiC duro y frágil • Entrega exitosa y aceptación por parte del cliente para el desarrollo de material para baterías secundarias

Figura 1: foto del producto de un sustrato de SiC de 35 mm × 2 mm después del mecanizado de microagujeros con láser guiado por agua

Cifra2：Imagen SEM de un orificio de Φ0,15 mm mecanizado con láser guiado por agua VeTek en un sustrato de SiC

La tecnología de láser guiado por agua (WJGL) de VeTek Semiconductor permite el mecanizado de microagujeros sin conos en una sola pasada en sustratos gruesos de carburo de silicio (SiC). En un proyecto reciente, se procesaron con éxito orificios pasantes de Φ0,15 mm en sustratos de 4H-SiC tipo N de 35 mm de diámetro x 2 mm de espesor. La inspección SEM verificó paredes de orificios altamente uniformes desde la entrada hasta la salida, cumpliendo con estrictos requisitos de calidad de semiconductores.

1. ¿Cómo logra el láser guiado por agua orificios de SiC sin conos?

Cifra3:Principio del láser guiado por agua: energía láser confinada por microchorro de agua a alta presión (fibra óptica de agua)

Se fuerza agua a alta presión a través de una boquilla de precisión (de 30 a 120 µm de diámetro) para formar un microchorro estable. A este chorro se acopla un láser enfocado de 532 nm a través de una ventana de vidrio. Una vez dentro de la columna de agua, el láser queda confinado por una reflexión interna total y viaja como una "fibra óptica de agua" de alta densidad de energía. Cuando el microchorro entra en contacto con la pieza de trabajo, el láser elimina el material mientras el flujo continuo de agua enfría la zona de corte y elimina los residuos.

Dado que el medio conductor es una columna cilíndrica de diámetro constante, la energía láser que emerge permanece paralela en una distancia de trabajo de varias decenas de milímetros. En consecuencia, la pared cortada permanece vertical incluso en SiC de 2 mm (y hasta 60 mm) de espesor, lo que elimina la necesidad de seguimiento del enfoque y evita el estrechamiento que aparece en la perforación láser en el espacio libre.

Figura 4: Foto real de la escena de trabajo del láser guiado por agua.

Ventajas clave del proceso para materiales duros y frágiles

• No se requiere ajuste de enfoque para espesores de hasta 60 mm

• Conicidad cero o casi cero (diferencia de entrada a salida de 10 a 20 µm)

• El enfriamiento continuo suprime el estrés térmico y el astillado de los bordes.

• La distribución uniforme de la energía a lo largo de la sección transversal del chorro reduce la rugosidad de la superficie (Ra 0,3–1 µm)

• Ancho de ranura de hasta 50 µm, lo que minimiza la pérdida de material en el costoso SiC

2. Ventajas del láser guiado por agua en el procesamiento de cerámica semiconductora

Cifra5. Equipo láser guiado por agua VeTek (serie WL)

La perforación mecánica tradicional de orificios de Φ0,15 mm en SiC de 2 mm sufre frecuentemente de rotura de la herramienta, fractura de los bordes y variación progresiva del diámetro. La perforación láser en espacio libre, aunque sin contacto, genera zonas afectadas por el calor, capas refundidas y un estrechamiento notable. El láser guiado por agua supera ambos conjuntos de limitaciones:

1. Capacidad de orificio pasante de una sola pasada– elimina los errores de alineación del procesamiento a doble cara.

2. Alta relación de aspecto– Rutinariamente se logran proporciones superiores a 30:1.

3. Fuerza mecánica ultrabaja– La fuerza del chorro de agua es de solo ~1 N, lo que permite el procesamiento seguro de obleas ultrafinas o frágiles.

4. Superficies limpias y sin escoria– el lavado continuo elimina los residuos y evita la redeposición.

3. Aplicaciones de láser guiado por agua para microagujeros de alta relación de aspecto en SiC

Cifra6. Componentes cerámicos de precisión procesados ​​mediante láser guiado por agua.

Las capacidades típicas incluyen:

• Rango de espesor de procesamiento: 0,05–60 mm (SiC, cerámicas de carburo de boro)

• Apertura mínima: 0,1 mm (dependiendo del grosor)

• Precisión dimensional: ±0,01 mm

• Rugosidad de la superficie: 0,3–1 µm

• Plataformas de equipo: WL-DCS200 (área de trabajo de 200 × 240 mm, 50–60 W) y WL-LCS500 (500 × 500 mm, 100–200 W)

Cifra7.Verificación SEM del cliente de un orificio pasante uniforme de Φ0,15 mm desde la entrada hasta la salida en un sustrato de SiC de 2 mm

Evidencia del proyecto: Orificio de Φ0,15 mm en SiC de 2 mm

En colaboración con un socio tecnológico coreano, VeTek entregó cinco sustratos de 4H-SiC tipo N de 35 mm de diámetro y 2 mm de espesor, cada uno de los cuales contiene un orificio pasante de precisión de Φ0,15 mm. El análisis SEM realizado por el cliente final confirmó que el orificio de la boquilla mantenía una forma cilíndrica uniforme desde el lado de entrada del láser hasta el lado de salida. Las piezas fueron aceptadas para su evaluación en el desarrollo de materiales de ánodos de aleación de silicio para baterías de iones de litio de próxima generación.

4. Preguntas frecuentes

P1: ¿Puede el láser guiado por agua procesar agujeros de menos de Φ0,15 mm en SiC de 2 mm?

R: Para aberturas significativamente inferiores a 0,15 mm con un espesor de 2 mm, la dificultad técnica aumenta considerablemente. Se recomiendan orificios más pequeños (p. ej., 0,06 mm) en sustratos más delgados (≤0,4 mm) para mantener el rendimiento y la geometría.

P2: ¿El proceso es realmente de una sola pasada?

R: Sí. El haz guiado por chorro de agua se propaga a través de todo el espesor en una operación continua, eliminando el riesgo de desalineación de la perforación frontal y posterior.

P3: ¿Qué datos de inspección se pueden proporcionar?

R: Con cada lote se suministran informes de medición dimensional, imágenes ópticas y SEM de la sección transversal del orificio y datos de rugosidad de la superficie. Los vídeos del proceso completo siguen siendo confidenciales, pero la verificación de la geometría de la muestra es estándar.

5. Conclusión

La tecnología láser guiada por agua de VeTek Semiconductor ofrece una ruta confiable y de alto rendimiento hacia microcaracterísticas de precisión en materiales semiconductores duros y quebradizos. Ya sea que necesite sustratos de SiC personalizados con microagujeros, componentes cerámicos para equipos de proceso o recubrimientos CVD SiC/TaC avanzados, nuestro equipo de ingeniería está listo para respaldar su próximo proyecto.

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