Keramika iz aluminijevega oksida (Al₂O₃) se pogosto uporablja v embalaži polprevodnikov, močnostni elektroniki, LED modulih, RF napravah, senzorjih in keramičnih PCB-jih zaradi svoje odlične električne izolacije, toplotne stabilnosti in mehanske trdnosti. Ker se elektronske komponente še naprej krčijo, se od proizvajalcev vedno bolj zahteva, da izdelujejo mikro luknje z visoko-gostoto z strožjimi tolerancami in večjo zanesljivostjo.
Lasersko vrtanje je postalo prednostna rešitev za to nalogo. Med razpoložljivimi metodami sta najpogosteje uporabljena postopka lasersko udarno vrtanje in spiralno trepaniranje. Čeprav lahko oba izdelata natančne mikro luknje, sta zasnovana za različne proizvodne prioritete.
Ta članek primerja obe tehniki glede hitrosti vrtanja, kakovosti izvrtin, proizvodne učinkovitosti in primernosti uporabe, da bi proizvajalcem pomagal izbrati pravi postopek.
Hitra primerjava
| Zahteva | Priporočen postopek |
| Največja hitrost vrtanja | Udarno vrtanje |
| Vrtanje velikega niza | Udarno vrtanje |
| Premer luknje Večji ali enak 100 μm | Udarno vrtanje |
| Premer luknje<100 μm | Spiralno trepaniranje |
| Nizka zahteva za konus | Spiralno trepaniranje |
| Minimalno lomljenje robov | Spiralno trepaniranje |
| Visoko{0}}zanesljiva elektronska embalaža | Spiralno trepaniranje |
| Thick alumina substrates (>1 mm) | Spiralno trepaniranje |
Na splošno udarno vrtanje poveča pretok, medtem ko spiralno trepaniranje zagotavlja vrhunsko kakovost lukenj in dimenzijsko doslednost.
Kaj je lasersko udarno vrtanje?
Lasersko udarno vrtanje ustvari luknjo z fokusiranjem laserskega žarka na določen položaj, medtem ko več laserskih impulzov neprekinjeno odstranjuje material, dokler substrat v celoti ne predre.
Ker laser med vrtanjem miruje, je gibanje skenerja minimalno, kar omogoča izjemno visoke hitrosti obdelave. V kombinaciji z galvanometrskim skeniranjem in tehnologijo letečega vrtanja je udarno vrtanje še posebej primerno za velike nize enakih lukenj.
Prednosti
Izjemno visoka hitrost vrtanja
Idealno za -serijsko proizvodnjo
Učinkovito za tanke podlage iz aluminijevega oksida
Združljivo z letečimi vrtalnimi sistemi
Omejitve
Konus večje luknje
Večja toplotna obremenitev
Večja nevarnost odkrhljanja robov in mikro{0}}razpok
Manj primeren za ultra-majhne ali globoke mikro luknje
Kaj je spiralno trepaniranje?
Spiralna trepanacija odstranjuje material postopoma po programirani spiralni poti. Namesto koncentriranja laserske energije na eni točki, žarek skenira od središča proti končnemu premeru luknje plast za plastjo.
Čeprav ta proces zahteva daljši čas obdelave, bistveno zmanjša toplotno obremenitev in zagotavlja boljši nadzor nad geometrijo lukenj.
Prednosti
Odlična okroglost lukenj
Spodnji konus
Minimalno lomljenje robov
Boljša kakovost bočnic
Izboljšana stabilnost procesa za natančne aplikacije
Omejitve
Nižja hitrost vrtanja
Manjši pretok za nize velikih lukenj
Daljši čas cikla opreme
Zakaj je udarno vrtanje hitrejše?
Glavni razlog je razlika v gibanju žarka.
Med udarnim vrtanjem ostane laser pritrjen, medtem ko zaporedni impulzi odstranjujejo material navpično skozi podlago. Ker ni spiralne poti skeniranja, postopek zmanjša gibanje optičnega bralnika in skrajša obdelovalni cikel.
Nasprotno pa spiralno trepaniranje zahteva, da laser nenehno sledi krožni poti v več obratih in postopoma povečuje luknjo, dokler ni dosežen želeni premer. Zaradi tega dodatnega časa skeniranja je postopek sam po sebi počasnejši.
Pod optimiziranimi proizvodnimi pogoji lahko laserski sistemi z vlakni QCW dosežejo hitrost vrtanja do 300 lukenj na sekundo za tanke podlage iz aluminijevega oksida z relativno velikimi premeri lukenj. Dejanska produktivnost je odvisna od debeline materiala, premera luknje, laserskega vira in zahtev glede kakovosti.
Primerjava hitrosti
| Primerjalni predmet | Udarno vrtanje | Spiralno trepaniranje |
| Tanke podlage (manj kot ali enako 0,635 mm) | Odlično | Dobro |
| Premer luknje Večji ali enak 100 μm | Odlično | Zmerno |
| Premer luknje<100 μm | Zmerno | Odlično |
| Nizi velikih lukenj | Odlično | Zmerno |
| Skupni pretok | Zelo visoko | Srednje |
Za aplikacije, kjer je primarni cilj hitrost proizvodnje, je udarno vrtanje običajno najprimernejša rešitev.
Primerjava kakovosti lukenj
Hitrost je le en vidik proizvodne uspešnosti. Kakovost lukenj pogosto določa donos končnega izdelka.
| Parameter kakovosti | Udarno vrtanje | Spiralno trepaniranje |
| Krušenje robov | Zmerno | Nizka |
| Konus lukenj | višje | Nižje |
| Okroglost | Dobro | Odlično |
| Zaključek stranske stene | Dobro | Odlično |
| Toplotne poškodbe | višje | Nižje |
| Dimenzijska skladnost | Dobro | Odlično |
Ker spiralno trepaniranje odstranjuje material postopoma, ustvarja manjšo toplotno obremenitev, kar ima za posledico čistejše robove lukenj, manjši konus in izboljšano konsistenco. Pri embalaži polprevodnikov in drugih aplikacijah z visoko-zanesljivostjo te kakovostne prednosti pogosto odtehtajo počasnejšo hitrost obdelave.
Izbira pravega postopka
Najboljša metoda vrtanja je odvisna od ravnovesja med produktivnostjo in kakovostjo.
Izberite udarno vrtanje, kadar:
Debelina aluminijevega oksida je manjša ali enaka 0,635 mm
Premer luknje je 100 μm ali več
Zahtevana je-velika proizvodnja
Rahlo zožitev je sprejemljiva
Učinkovitost proizvodnje je najvišja prioriteta
Tipične aplikacije vključujejo podlage LED, splošne keramične PCB-je in druge-industrijske komponente velikega obsega.
IzberiteSpiralno trepaniranjekdaj:
Premer luknje je pod 100 μm
Potrebna je stroga dimenzijska toleranca
Nizek konus in minimalno odkrušanje sta kritična
Obdelujejo se debele podlage iz aluminijevega oksida
Zahtevana je visoko{0}}zanesljiva elektronska embalaža
Tipične aplikacije vključujejo polprevodniške pakete, napajalne module, RF naprave, avtomobilsko elektroniko in medicinske keramične komponente.
Prepustnost v primerjavi z donosom
Ena pogosta napačna predstava je, da najhitrejši postopek vrtanja vedno zagotavlja največjo proizvodno zmogljivost.
V praksi bi se morali proizvajalci osredotočiti na kvalificirane dele na uro, ne le na luknje na sekundo.
Pri standardnih industrijskih izdelkih udarno vrtanje pogosto zagotavlja največjo učinkovitost. Vendar pa za aplikacije, ki zahtevajo izjemno majhne luknje ali stroge standarde kakovosti, spiralno trepaniranje običajno povzroči večji skupni izkoristek z zmanjšanjem napak, predelave in odpadkov.
Najbolj produktiven proces je torej tisti, ki dosledno zagotavlja največje število sprejemljivih delov-in ni nujno najkrajši čas vrtanja.
Zaključek
Tako lasersko udarno vrtanje kot spiralno trepaniranje imata pomembno vlogo pri mikro vrtanju keramike iz aluminijevega oksida.
Udarno vrtanje je najprimernejša izbira za proizvajalce, ki iščejo največji pretok na tankih podlagah in večjih mikro luknjah. Po drugi strani pa spiralno trepaniranje ponuja vrhunsko geometrijo lukenj, nižje toplotne poškodbe in večjo stabilnost procesa za zahtevne elektronske in polprevodniške aplikacije.
Namesto da se sprašujejo, kateri postopek je univerzalno boljši, bi morali proizvajalci oceniti debelino podlage, premer luknje, zahteve glede kakovosti in obseg proizvodnje, preden izberejo najprimernejšo metodo vrtanja.YCLASERspecializirati zarešitve za natančno lasersko mikroobdelovanjeza napredne keramične materiale, vključno z aluminijevim oksidom (Al₂O₃), aluminijevim nitridom (AlN), cirkonijem (ZrO₂), silicijevim nitridom (Si₃N₄), silicijevim karbidom (SiC) in drugo tehnično keramiko.
Z obsežnimi izkušnjami pri uporabi na področju laserskega rezanja, mikro vrtanja, črtanja in profiliranja naša ekipa inženirjev pomaga strankam izbrati najprimernejši laserski postopek na podlagi lastnosti materiala, specifikacij lukenj in proizvodnih zahtev-, kar zagotavlja optimalno ravnovesje med kakovostjo, učinkovitostjo in stroški.
Kontaktirajte YCLASER za testiranje vzorcev in strokovno podporo aplikacij.
