Keramika z oxidu hlinitého (Al₂O₃) je široko používaná v obaloch polovodičov, výkonovej elektronike, LED moduloch, RF zariadeniach, senzoroch a keramických doskách plošných spojov kvôli ich vynikajúcej elektrickej izolácii, tepelnej stabilite a mechanickej pevnosti. Keďže sa elektronické súčiastky neustále zmenšujú, od výrobcov sa čoraz viac vyžaduje, aby vyrábali mikrootvory s vysokou{1}}hustotou, s užšími toleranciami a vyššou spoľahlivosťou.
Laserové vŕtanie sa stalo preferovaným riešením tejto úlohy. Spomedzi dostupných metód sú dva najbežnejšie používané procesy laserové príklepové vŕtanie a špirálové trepaning. Aj keď obe môžu vytvárať presné mikrootvory, sú navrhnuté pre rôzne výrobné priority.
Tento článok porovnáva tieto dve techniky z hľadiska rýchlosti vŕtania, kvality otvoru, efektívnosti výroby a vhodnosti aplikácie, aby pomohol výrobcom vybrať si správny proces.
Rýchle porovnanie
| Požiadavka | Odporúčaný postup |
| Najvyššia rýchlosť vŕtania | Príklepové vŕtanie |
| Veľké pole vŕtania | Príklepové vŕtanie |
| Priemer otvoru Väčší alebo rovný 100 μm | Príklepové vŕtanie |
| Priemer otvoru<100 μm | Špirálové trepanovanie |
| Nízka požiadavka na zúženie | Špirálové trepanovanie |
| Minimálne vylamovanie hrán | Špirálové trepanovanie |
| Vysoká{0}}spoľahlivosť elektronických obalov | Špirálové trepanovanie |
| Thick alumina substrates (>1 mm) | Špirálové trepanovanie |
Vo všeobecnosti príklepové vŕtanie maximalizuje priepustnosť, zatiaľ čo špirálové trepanovanie poskytuje vynikajúcu kvalitu otvoru a rozmerovú konzistenciu.
Čo je laserové príklepové vŕtanie?
Laserové príklepové vŕtanie vytvorí dieru zaostrením laserového lúča na pevnú pozíciu, zatiaľ čo niekoľko laserových impulzov nepretržite odstraňuje materiál, kým substrát úplne neprenikne.
Pretože laser zostáva počas vŕtania nehybný, pohyb skenera je minimalizovaný, čo umožňuje extrémne vysoké rýchlosti spracovania. V kombinácii s galvanometrickým skenovaním a technológiou letmého vŕtania je príklepové vŕtanie obzvlášť vhodné pre veľké polia rovnakých otvorov.
Výhody
Extrémne vysoká rýchlosť vŕtania
Ideálne pre-veľkoobjemovú produkciu
Účinné pre tenké substráty z oxidu hlinitého
Kompatibilné s lietajúcimi vŕtacími systémami
Obmedzenia
Väčšie zúženie otvoru
Vyššie tepelné namáhanie
Väčšie riziko odštiepenia hrán a mikro-trhlín
Menej vhodné pre ultra-malé alebo hlboké mikrootvory
Čo je špirálové trepaning?
Špirálové trepanovanie odstraňuje materiál postupne pozdĺž naprogramovanej špirálovej dráhy. Namiesto sústredenia laserovej energie v jednom bode lúč skenuje od stredu smerom ku konečnému priemeru otvoru vrstvu po vrstve.
Hoci tento proces vyžaduje dlhší čas obrábania, výrazne znižuje tepelné namáhanie a poskytuje lepšiu kontrolu nad geometriou otvoru.
Výhody
Vynikajúce zaoblenie otvoru
Spodný kužeľ
Minimálne vylamovanie hrán
Lepšia kvalita bočnej steny
Vylepšená stabilita procesu pre presné aplikácie
Obmedzenia
Nižšia rýchlosť vŕtania
Nižšia priepustnosť pre veľké polia otvorov
Vyššia doba cyklu zariadenia
Prečo je vŕtanie s príklepom rýchlejšie?
Hlavným dôvodom je rozdiel v pohybe lúča.
Počas príklepového vŕtania zostáva laser fixovaný, zatiaľ čo postupné impulzy odstraňujú materiál vertikálne cez substrát. Keďže neexistuje žiadna špirálová dráha skenovania, proces minimalizuje pohyb skenera a skracuje cyklus obrábania.
Naproti tomu špirálové trepanovanie vyžaduje, aby laser nepretržite sledoval kruhovú dráhu počas niekoľkých otáčok a postupne zväčšoval otvor, kým sa nedosiahne požadovaný priemer. Tento dodatočný čas skenovania robí proces prirodzene pomalším.
Za optimalizovaných výrobných podmienok môžu vláknové laserové systémy QCW dosiahnuť rýchlosť vŕtania až 300 otvorov za sekundu pre tenké substráty z oxidu hlinitého s relatívne veľkými priemermi otvorov. Skutočná produktivita závisí od hrúbky materiálu, priemeru otvoru, zdroja lasera a požiadaviek na kvalitu.
Porovnanie rýchlosti
| Porovnávacia položka | Príklepové vŕtanie | Špirálové trepanovanie |
| Tenké substráty (menej alebo rovné 0,635 mm) | Výborne | Dobre |
| Priemer otvoru Väčší alebo rovný 100 μm | Výborne | Mierne |
| Priemer otvoru<100 μm | Mierne | Výborne |
| Pole veľkých otvorov | Výborne | Mierne |
| Celková priepustnosť | Veľmi vysoká | Stredná |
Pre aplikácie, kde je primárnym cieľom rýchlosť výroby, je zvyčajne preferovaným riešením príklepové vŕtanie.
Porovnanie kvality otvoru
Rýchlosť je len jedným aspektom výrobného výkonu. Kvalita otvoru často určuje výťažnosť konečného produktu.
| Parametre kvality | Príklepové vŕtanie | Špirálové trepanovanie |
| Orezávanie hrán | Mierne | Nízka |
| Kužeľ otvoru | Vyššie | Nižšia |
| Okrúhlosť | Dobre | Výborne |
| Povrchová úprava bočnej steny | Dobre | Výborne |
| Tepelné poškodenie | Vyššie | Nižšia |
| Rozmerová konzistencia | Dobre | Výborne |
Pretože špirálová trepanácia odstraňuje materiál postupne, generuje nižšie tepelné namáhanie, výsledkom čoho sú čistejšie okraje otvorov, menšie skosenie a lepšia konzistencia. V prípade balenia polovodičov a iných aplikácií s vysokou{1}}spoľahlivosťou tieto výhody kvality často prevažujú nad pomalšou rýchlosťou obrábania.
Výber správneho procesu
Najlepšia metóda vŕtania závisí od rovnováhy medzi produktivitou a kvalitou.
Vyberte si príklepové vŕtanie, keď:
Hrúbka oxidu hlinitého je menšia alebo rovná 0,635 mm
Priemer otvoru je 100 μm alebo väčší
Vyžaduje sa-výroba vo veľkom objeme
Mierne zúženie je prijateľné
Efektívnosť výroby je najvyššou prioritou
Medzi typické aplikácie patria substráty LED, všeobecné keramické dosky plošných spojov a ďalšie-veľké priemyselné komponenty.
Vyberte siŠpirálové trepanovanieKedy:
Priemer otvoru je menší ako 100 μm
Vyžaduje sa prísna rozmerová tolerancia
Nízky kužeľ a minimálne odštiepenie sú kritické
Spracovávajú sa hrubé substráty z oxidu hlinitého
Vyžaduje sa vysoká{0}}spoľahlivosť elektronických obalov
Typické aplikácie zahŕňajú polovodičové súpravy, výkonové moduly, RF zariadenia, automobilovú elektroniku a medicínske keramické komponenty.
Priepustnosť vs. výnos
Jednou z bežných mylných predstáv je, že najrýchlejší proces vŕtania vždy poskytuje najvyššiu výrobnú kapacitu.
V praxi by sa výrobcovia mali zamerať na kvalifikované diely za hodinu, nielen na otvory za sekundu.
V prípade štandardných priemyselných výrobkov poskytuje príklepové vŕtanie často najvyšší výkon. Avšak pre aplikácie vyžadujúce extrémne malé otvory alebo prísne normy kvality, špirálová trepanácia zvyčajne poskytuje vyššiu celkovú výťažnosť znížením defektov, prepracovania a šrotu.
Najproduktívnejší proces je preto ten, ktorý trvalo poskytuje najväčší počet prijateľných dielov,-nemusí to byť nevyhnutne najkratší čas vŕtania.
Záver
Laserové príklepové vŕtanie aj špirálové trepanovanie zohrávajú dôležitú úlohu pri mikrovŕtaní z keramiky z oxidu hlinitého.
Príklepové vŕtanie je preferovanou voľbou pre výrobcov, ktorí hľadajú maximálny výkon na tenkých substrátoch a väčších mikrootvoroch. Špirálové trepanovanie na druhej strane ponúka vynikajúcu geometriu otvorov, nižšie tepelné poškodenie a väčšiu stabilitu procesu pre náročné elektronické a polovodičové aplikácie.
Skôr než sa pýtať, ktorý proces je všeobecne lepší, mali by výrobcovia pred výberom najvhodnejšej metódy vŕtania zhodnotiť hrúbku substrátu, priemer otvoru, požiadavky na kvalitu a objem výroby.YCLASERšpecializovať sa napresné laserové mikroobrábacie riešeniapre pokročilé keramické materiály vrátane oxidu hlinitého (Al2O3), nitridu hliníka (AlN), oxidu zirkoničitého (ZrO₂), nitridu kremíka (Si3N4), karbidu kremíka (SiC) a inej technickej keramiky.
Vďaka rozsiahlym aplikačným skúsenostiam v oblasti laserového rezania, mikrovŕtania, ryhovania a profilovania pomáha náš inžiniersky tím zákazníkom vybrať najvhodnejší laserový proces na základe vlastností materiálu, špecifikácií otvorov a výrobných požiadaviek-, čím zabezpečuje optimálnu rovnováhu medzi kvalitou, efektívnosťou a nákladmi.
Kontaktujte spoločnosť YCLASER pre testovanie vzoriek a profesionálnu aplikačnú podporu.
