Halbleiter Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC)

🕜 Bearbeitungseffizienz - 2,5-mal höher | 📈 Lochqualität - 1,8-mal besser | ⚙️ Werkzeugverschleiß - 3,2-mal geringer
  • Schwierigkeiten im Verarbeitungsprozess
  • Vorteile des Ultraschall-Bearbeitens
  • Industrielle Anwendung
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Was macht Siliziumkarbid (SiC) schwer zu bearbeiten?



Siliziumkarbid (SiC) bietet hervorragende chemische und mechanische Stabilität sowie Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und Thermoschocks.  Dies macht es zu einem idealen Werkstoff für Halbleiter-Fertigungsprodukte wie Substrate und Duschköpfe. 

Doch durch die hohe Härte und Sprödigkeit von SiC besteht die Gefahr schlechter Bohrlochqualität mit großen Randrissen.  Wenn die Schneidkraft nicht gut kontrolliert wird und die Spülung keramischer Partikel unzureichend ist, leiden sowohl die Bohrlochqualität als auch die Werkzeugstandzeit erheblich.

 
 

☑️ Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC): Bearbeitungsinformationen

 
    Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC): Bearbeitungsinformationen
  Material   Siliziumcarbid (SiC)
  *Materialhärte HV2800
  *Werkstückspannung: Wachs auf Aluminium
  Merkmale (Abmessungen)   Φ0,4 x 4mm (blinde Löcher)
  *Seitenverhältnis 10x
  Prozess   Mikrobohren  
  Werkzeughalter Ultraschall           HSKE40-R02-06
  Bearbeitungsparameter        Ultraschallleistungspegel 10%
  [Pilotbohrvorgang] 
  S 8.000min-1 _ F 1mm/min _ G83 _ Q 0,01mm _ 
  Bohrtiefe 0.5mm
   
  Ultraschallleistungspegel 10%
  [Hauptbohrvorgang]
  S 8.000min-1 _ F 1mm/min _ G83 _ Q 0,04mm _ 
  Bohrtiefe 4mm
  
  *Bearbeitungszeit: 7,2 min/pro Loch
  Werkzeug   OSG MXD Φ0,4mm PCD-Bohrer

 
Das HIT HSKE40 Ultraschallbearbeitungsmodul wurde zur Optimierung des Mikrobohrprozesses von Siliziumkarbid mit einem PCD-Bohrer eingesetzt
(Bild 1. Das HIT HSKE40 Ultraschallbearbeitungsmodul wurde zur Optimierung des Mikrobohrprozesses von Siliziumkarbid mit einem PCD-Bohrer eingesetzt)



 

HITs Ziel beim Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC)


Ziel war es zu untersuchen, wie das HSKE40-Modul den Mikrobohrprozess von gesintertem SiC mit PCD-Bohrer hinsichtlich Effizienz, Bohrlochqualität und Werkzeugstandzeit verbessern kann.




 

Ergebnisse des Ultraschallunterstützten Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC)

 

Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC): Bearbeitungseffizienz

Beim Mikrobohren von Siliziumkarbid mit dem HIT HSKE40 Modul sollte Ultraschall bereits im Pilotbohrprozess aktiviert sein
(Bild 2. Beim Mikrobohren von Siliziumkarbid mit dem HIT HSKE40 Modul sollte Ultraschall bereits im Pilotbohrprozess aktiviert sein)


Im Hauptbohrprozess kann mit dem HSKE40 Modul ein Q-Wert erreicht werden, der 4-mal höher ist, was zu einer deutlich gesteigerten Bearbeitungseffizienz führt
(Bild 3. Im Hauptbohrprozess kann mit dem HSKE40 Modul ein Q-Wert erreicht werden, der 4-mal höher ist, was zu einer deutlich gesteigerten Bearbeitungseffizienz führt)

 
  • Zur Optimierung des Bohrprozesses wurde durch die hochfrequente Mikrovibration die Schneidkraft reduziert.
  • Dadurch konnte das Spanvolumen pro Bohrhub (Q) im Hauptbohrprozess von 0,01 mm auf 0,04 mm erhöht werden, was die Gesamtbearbeitungseffizienz um den Faktor 2,5 steigerte (Bearbeitungszeit von 18,3 auf 7,2 Minuten pro Bohrung reduziert).


Mit dem HIT HSKE40 Modul konnte die Bearbeitungszeit pro Loch reduziert werden, was zu einer 2,5-fach höheren Bearbeitungseffizienz führte
(Bild 4. Mit dem HIT HSKE40 Modul konnte die Bearbeitungszeit pro Loch reduziert werden, was zu einer 2,5-fach höheren Bearbeitungseffizienz führte)



 

Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC): Lochqualität

Mit dem HIT HSKE40 Modul wurde die Größe der Randrisse durch optimierte Parameter reduziert
(Bild 5. Mit dem HIT HSKE40 Modul wurde die Größe der Randrisse durch optimierte Parameter reduziert)


Die Randrisse pro Bohrloch lagen mit dem HSKE40 Modul unter 5µm
(Bild 6. Die Randrisse pro Bohrloch lagen mit dem HSKE40 Modul unter 5µm)

 
  • Dank der reduzierten Schneidkraft durch Ultraschall wurde der Bohrprozess stabilisiert.
  • Trotz der 2,5-fach höheren Effizienz konnte die durchschnittliche Randrissgröße kontrolliert werden und war 1,8-mal kleiner als ohne Ultraschall bei gleichen (optimierten) Parametern.


Die durchschnittliche Größe der Randrisse war deutlich kleiner, was eine 1,8-fach bessere Bohrlochqualität bedeutet
(Bild 7. Die durchschnittliche Größe der Randrisse war deutlich kleiner, was eine 1,8-fach bessere Bohrlochqualität bedeutet)



 

Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC): Werkzeugverschleiß

Der Werkzeugverschleiß an der Zentrierspitze war mit Ultraschall deutlich geringer als ohne
(Bild 8. Der Werkzeugverschleiß an der Zentrierspitze war mit Ultraschall deutlich geringer als ohne)


Die Ablagerung keramischer Partikel auf der Spanfläche war mit Ultraschall geringer als ohne
(Bild 9. Die Ablagerung keramischer Partikel auf der Spanfläche war mit Ultraschall geringer als ohne)


Die Ablagerung keramischer Partikel auf der Freifläche war mit Ultraschall geringer als ohne
(Bild 10. Die Ablagerung keramischer Partikel auf der Freifläche war mit Ultraschall geringer als ohne)


Die Breite des Flankenverschleißes (VB) nach jeder Bohrung war mit Ultraschall kleiner als ohne
(Bild 11. Die Breite des Flankenverschleißes (VB) nach jeder Bohrung war mit Ultraschall kleiner als ohne)

 
  • Die hochfrequente Mikrovibration erleichterte das Einfließen von Kühlschmiermittel, was zu einer besseren Spülung keramischer Partikel führte.
  • In Kombination mit der reduzierten Schneidkraft war der Werkzeugverschleiß 3,2-mal geringer als ohne Ultraschall bei denselben (optimierten) Parametern.


Die Breite des Flankenverschleißes war mit Ultraschall deutlich kleiner – der Gesamtwerkzeugverschleiß wurde um den Faktor 3,2 reduziert
(Bild 12. Die Breite des Flankenverschleißes war mit Ultraschall deutlich kleiner – der Gesamtwerkzeugverschleiß wurde um den Faktor 3,2 reduziert)




 

Errungenschaften der HIT-Ultraschall Bearbeitungs Technologie im Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC)



🕜 Bearbeitungseffizienz - 2,5-mal höher
📈 Lochqualität - 1,8-mal besser
⚙️ Werkzeugverschleiß - 3,2-mal geringer
 

Mikrobohren von Siliziumkarbid (SiC): Industry Application



Das Mikrobohren von Siliziumkarbid (gesintertes SiC) findet häufig Anwendung in der Halbleiterindustrie, insbesondere für Komponenten wie Duschköpfe, Wafer-Suszeptoren und Träger, die als zentrale Bestandteile in Ätz- oder Dünnschichtprozessen eingesetzt werden.


SiC (Siliziumkarbid) besitzt eine Mohs-Härte von 9 und ist somit ein hervorragendes Material für hochpräzise mechanische Bauteile.

Dieses Material zeichnet sich durch hervorragende chemische und mechanische Stabilität sowie eine hohe Temperatur- und Thermoschockbeständigkeit aus, was es zu einem idealen Werkstoff für Halbleiter-Fertigungsprodukte wie Substrate und Duschköpfe macht.

Aufgrund der hohen Härte und Sprödigkeit von Siliziumkarbid besteht jedoch beim Bearbeiten ein Risiko für schlechte Bohrlochqualität mit großflächigen Randrissen sowie verringerter Werkzeugstandzeit.


HIT bietet eine umfassende Lösung zur Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen.  Mit der Unterstützung der Ultraschall Bearbeitungs Technologie von HIT müssen sich Kunden keine Sorgen mehr über schlechte Bohrlochqualität oder geringe Werkzeugstandzeit machen – selbst bei kürzeren Bearbeitungszeiten.  Sowohl die Effizienz als auch die Werkzeuglebensdauer können erheblich gesteigert werden, während gleichzeitig die Bohrlochqualität verbessert wird.  HIT garantiert nicht nur die Erfüllung der Kundenanforderungen, sondern auch die Erzielung noch besserer Ergebnisse!





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