DD249797A1 - Verfahren zum einkerben bzw. vereinzeln von piezoelektrischen substraten - Google Patents
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Abstract
Die erfinderische Loesung bezieht sich auf die Elektrotechnik/Elektronik, speziell auf die Substrateinkerbung bzw. Vereinzelung bei der Herstellung akustischer Oberflaechenwellenbauelemente oder bei Schwingern. Ziel der Erfindung ist es, die Arbeitsproduktivitaet zu erhoehen und den Materialaufwand zu senken. Die Aufgabe besteht darin, ein neues Bearbeitungsverfahren zu entwickeln. Es ist anzustreben, das Einkerben des Substrats mit anschliessender Vereinzelung mittels Brechvorrichtung durch eine gezielte Direktvereinzelung zu ersetzen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass gleichzeitig Laserstrahlen mit zwei verschiedenen Wellenlaengen angeregt und zur Bearbeitung des Substrats eingestrahlt werden. Dabei bewirkt die kuerzere Wellenlaenge niedriger Leistung, die im Substratmaterial gut absorbiert wird und es nicht abtraegt, ein erhoehtes Absorptionsvermoegen. Der hoehere Energieeintrag fuehrt dabei zum gewuenschten Materialabtrag innerhalb der angeregten laserbestrahlten Zone, teils in fluessiger, teils in gasfoermiger Phase. Das moegliche Anwendungsgebiet der Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von akustischen Oberflaechenwellenbauelementen bzw. in der Halbleiterindustrie.
Description
Die erfinderische Lösung bezieht sich auf die Elektrotechnik/Elektronik, speziell auf piezoelektrische, kristalline, sehr harte und spröde anorganische Werkstoffe. Die Substrate werden z. B. bei der Herstellung akustischer Oberflächenwellenbauelemente (AOW-Bauelemente) oder als Schwinger benötigt.
Der Einsatz des Lasers zum Trennen von Substratmaterialien ist an sich bekannt. Dies geschieht auf vielfältige Weise, so z.B.
beim Vereinzeln von Siliziumscneiben in der Halbleiterindustrie.
Für andere Bauelemente, bspw. AOW-Filter, werden kristalline, piezoelektrische Substratmaterialien, wie Lithiumniobat, verwendet.
Das Trennen dieser Materialien erfolgt häufig mit Diamantsägen. Hierbei können nur geringe Vorschubgeschwindigkeiten angewendet werden.
Der Verschleiß des Schneidwerkzeuges ist dabei beträchtlich und es entstehen vom Schnitt ausgehende Makro- und Mikrorisse.
Andere Verfahren verwenden eine Drahtsäge oder Schleif partikelstrahlen, wie in der PS, DE 2505818 näher beschrieben wird.
Nachteilig ist, daß Schleif- bzw. Substratmaterialablagerungen auf der Oberfläche und auf den zur Ausbildung der AOW dienenden Strukturen beseitigt werden müssen.
Außerdem muß das benutzte Kühlmittel die metallbeschichtete Oberfläche, speziell bei mikroeiektronischen Bauelementen, ebenfalls wieder entfernt werden.
Wie in der gleichen Patentschrift festgestellt wird, führten Versuche, diese Materialien mit einem Laserstrahl zu bearbeiten, zur Depolarisation des Kristalls.
Hingegen wurde das in dem WP DD mit dem Aktenzeichen HO3H/2756485 beschriebene Verfahren zum Laserstrahlritzen und nachträglichem Brechen mit einem gütegeschalteten Nd-YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 0,53μ,ιη durchgeführt.
Mit dem Verfahren lassen sich äußerst gute Ergebnisse erzielen, wenn mit dem damaligen Stand der Technik verglichen wird.
Dennoch besitzt diese Lösung den Nachteil, daß nur minimale Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei sehr hohem Energieaufwand realisierbar sind.
Der nützliche Effekt im Vergleich zu anderen technischen Lösungen besteht darin, die Arbeitsproduktivität bei der Einkerbung bzw. Vereinzelung von piezoelektrischen, vorzugsweise kristallinen Materialien, z. B. für die Herstellung von AOW-Bauelementen oder Schwingern, zu senken.
Weitere Effekte sind die Senkung des Energiebedarfs und Erhöhung derZuverlässigkeit der Bauelemente sowie die Gewährung der Unversehrtheit der Substrate bei der erfinderischen Bearbeitung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zug runde, ein Laserstrahl-Bearbeitungsverfahren zu entwickeln. Mit ihm soll es möglich werden, Chips so aus dem scheibenförmigen piezokristallinen Material herauszutrennen, daß ein nachfolgendes Vereinzeln mittels bekannter Brechvorrichtung entfallen kann. Dabei darf keine Beeinflussung der elektrischen Parameter des Bauelementes eintreten. Es ist weitestgehend anzustreben, daß sich die Polarisationseigenschaften des Kristalls nicht ändern.
Schleif- bzw. Kühlmittelrückstände auf dem Substrat sollten ebenfalls vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß, entgegen üblicher Bearbeitungsverfahren, gleichzeitig Laserstrahlen mit zwei verschiedenen Wellenlängen angeregt und zur Bearbeitung eines Substrates eingestrahlt werden, wobei vorzugsweise das gleiche optische System verwendet wird und die Erzeugung der beiden Wellenlängen mit einem Lasersystem (Laserkopf) erfolgt.
Die verwendeten optischen Systeme sind dabei gleich. Es wurde nachgewiesen, daß sich gegenüber dem bisher bekannten Bearbeitungsregime eines Lasers, der eine Strahlung mit nur einer definierten Wellenlänge aussendet, das Trennen harter, spröder und transparenter anorganischer Substratmaterialien mit zwei Wellenlängen weit günstiger bearbeiten läßt. Hierbei bewirkt die kürzere Wellenlänge niedriger Leistung, die im Substratmaterial gut absorbiert wird und demzufolge dieses nicht abträgt, ein erhöhtes Absorptionsvermögen für die Laserstrahlung mit der höheren Leistung und der größeren Wellenlänge, die der eigentlichen Bearbeitung dienen soll und den eigentlichen Materialabtrag bewirkt.
Der hierdurch hervorgerufene Energieeintrag führt zu einem Materialabtrag innerhalb der angeregten laserbestrahlten Zone, teils in flüssiger, teils in gasförmiger Phase.
Diese Bearbeitung erzeugt im Substrat mechanische Spannungen, die, je nach den gewählten Laserparametern, ein definiertesTrennen innerhalb eines Verfahrensschrittes ermöglicht.
Soll der vorgegebene Chipverband einer Scheibe erhalten bleiben, erfolgt die Trennung in zwei Schritten. Dem Ritzen folgt das Brechen der Substrate mittels Vorrichtung.
Die für die Bearbeitung eines piezoelektrischen Substratmaterials eingesetzte Laserstrahlung mit zwei verschiedenen Wellenlängen, für die Bearbeitung von Lithiumniobat-Substraten, vorzugsweise mittels eines Nd-YAG-Lasersystems, wird derart erzeugt, daß sein Auskoppelspiegel eine Charakteristik aufweist, die das gleichzeitige Auskoppeln der niederfrequenten und der höherfrequenten in einem vorgegebenen Intensitätsverhältnis ermöglicht.
Dieser eine Laserstrahl mit den zwei verschiedenen Wellenlängen λ-ι und A2 trifft auf das zu trennende Substrat und erzeugt infolge der Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und Substrat eine Erhöhung des Absorptionskoeffizienten auf der Substratoberfläche durch die Laserwellenlänge niederer Leistung A1 und ermöglicht somit einen großen Energieeintrag durch die Laserwellenlänge mit der hohen Leistung A2.
Die hierdurch hervorgerufenen mechanischen Spannungen im Substratmaterial führen in Abhängigkeit von der Wahl der Laserparameter zum definierten Bruch.
Für den Fall, daß aus bestimmten Gründen ein Scheibenzusammenhalt gewünscht wird, kann das definierte Vereinzeln mittels bekannter Brechvorrichtung erfolgen.
Charakteristische Parameter für eine LiNbO3-Substratmaterialbearbeitung:
λ = 0,53μιη und 1,06μιτι, mittl. Leistung Pm1-06 = 0,5W bis 1,25 W; Pm0-53 = 1 % bis 10% von Pm1-06 Impulsfolgefrequenz „fi" = 2KHz bis 7 KHz
Brennweite „B" = 25mm
Vorschubgeschwindigkeit „V" = 3mm s"1 bis 20mm s~1
Eine weitere Anwendung dieses Verfahrens ist das gezielte Heraustrennen von Durchbrüchen aus einem Substratmaterial in beliebiger geometrischer Form.
Der positivste und herausragendste Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß ein Vereinzeln mittels Brechvorrichtung entfallen
Die Polarisationseigenschaften des Kristalls werden nicht verändert. Es treten auch keine Schleif- bzw. Kühlmittelrückstände
Bei der Bearbeitung der Substrate mit zwei Wellenlängen kann das gleiche optische System verwendet werden.
Die Laserleitung liegt gegenüber dem Verfahren (DD-Aktz. H03H/2756485) um den Faktor 10 höherund senkt somit den Energieverbrauch.
Claims (3)
1. Verfahren zum Einkerben bzw. Vereinzeln von piezoelektrischen Substraten, vorzugsweise kristallin, mit und ohne Bauelementestrukturen, die der Übertragung von elastischen Oberfiächenwellen oder als Piezoschwinger dienen, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkerben bzw. Vereinzeln in einem Ein- oder Zweistufenprozeß durch gleichzeitiges Einwirken von Laserstrahlung mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen und Intensitäten definiert erfolgt, die Strahlung mit der kürzeren Wellenlänge und dem besseren Absorptionsvermögen gegenüber dem zu bearbeitenden Material zuerst wirkt, während die Langwellige mit hoher Intensität folgt.
2. Verfahren, nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Erzeugung von zwei Laserstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge (λΊ = 1,06/xm und λ2 = 0,53μΓη) ein gütegeschalteter Nd-YAG-Laser verwendet wird, wobei für beide Strahlen dieselben Strahlführungs- und -formungseinrichtungen verwendet werden.
3. Verfahren, nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Ritzung oder Trennung bei mittlerer Leistung Pm = 0,5 bis 1,5 W und einer Bearbeitungsgeschwindigkeit von 3,0 bis 300mm s~1 erfolgt, während die Impulslängen τ = 100 bis 200ns betragen und das Leistungsverhältnis, kurz- und langwellige Strahlung, bspw. bei LiNbO3-Substraten, 1:100 beträgt.
Priority Applications (1)
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| DD29105686A DD249797A1 (de) | 1986-06-06 | 1986-06-06 | Verfahren zum einkerben bzw. vereinzeln von piezoelektrischen substraten |
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| DD249797A1 true DD249797A1 (de) | 1987-09-16 |
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Country Status (1)
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| DD (1) | DD249797A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0863231A1 (de) * | 1997-03-04 | 1998-09-09 | Ngk Insulators, Ltd. | Verfahren zum Schneiden der Vorform eines Oxyd-Einkristalls, und ein Verfahren zur Herstellung von funktionellen Vorrichtungen |
-
1986
- 1986-06-06 DD DD29105686A patent/DD249797A1/de not_active IP Right Cessation
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