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總結

硅材料廣泛應用于很多工業領域中，特別是太陽能電池和半導體產業，在珠寶首飾和娛樂產品中的應用也在不斷增加。大部分應用使用的源材料是以晶片硅的形式存在。通常晶片的厚度為0.2-1.5mm (0.008”–0.06”) ，直徑為100-300mm (4”-12”) 。本文專門集中說明了切割模式晶圓，單晶和多晶硅(200µm)的方法。通過考察脈沖和連續激光器，發現光纖激光器相對其他現存的硅切割技術具有很強的競爭力。

引言

傳統硅晶片的切割方法主要是金剛石鋸，偶爾也使用劃線折斷工藝，這種方法只能切割直線，并且邊緣具有較嚴重的裂痕，或者使用倍頻的鐵合金激光器，這種方法和微噴工藝，一樣都操作昂貴，速度緩慢。最近SPI開發了一種光纖激光器切割工藝，該工藝能在較快的切割速度下，仍然具有極好的切割質量。

圖1 太陽能電池板

結果

使用200W連續光纖激光器對200μm（0.008”）厚度的多晶硅進行切割時，切割速度可達10m/min，并且可得到高度平滑的切割邊緣，沒有任何裂縫的痕跡。可以做到和側面平行、無任何邊緣碎裂痕跡的40微米的切口寬度。甚至在1.2mm厚度（0.005”）,切割速度也可超過1m/min。這個比現存的所有其他硅切割技術都要快。

下表展現了光纖激光器切割硅的能力。

表1

硅帶切割

該切割方法可提供出色的切割邊緣質量，下圖為50W 連續SPI光纖激光器切割一小塊硅。

圖1 50W 連續SPI光纖激光器以2.5m/min的速度切割250μm厚的硅帶。

化晶圓切割

該激光器在切割化晶圓時，都具備超常的邊緣質量，無任何裂痕或碎痕的跡象。

這種新型切割工藝，在切割任何形狀時都能擁有像切割直線那樣的切割質量（這個目前是金剛石鋸切割法的缺陷）。

圖2  200W 連續SPI光纖激光器以3.5m/min的速度切割0.8mm（0.03”）化晶圓

200µm 硅片切割

SPI脈沖激光器也可以用于切割或對硅進行劃線。當激光運行功率為20W,重復率為65 kHz，脈沖長度 75ns時，可達到200mm/min的切割速度。這個過程的特征是會在切割邊緣由再次固化反應形成的小節。

使用脈沖激光器，可以很容易地在硅材料上切割盲槽或凹槽。目前SPI正在和一些系統集成商合作，從而將這些切割工藝商業化。

圖3:樣品切割：20W，100μm厚硅片，來回切割，等效切割速度250mm/min，25kHz重復率，200ns脈沖寬度。

結論

SPI激光器在美國和英國都有應用實驗室。這些機構為SPI技術的潛在使用客戶提供樣品和使用說明書的驗證，且該服務不收取任何費用。如客戶有需要，我們會將樣品寄給他們，這樣客戶就可以充分利用SPI的“在購買之前使用”的優勢，盡可能獲得一臺最適合自己的激光器，并擁有30天的試用期。