半導体産業 SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工

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なぜSiC（シリコンカーバイド）の加工が難しいのか？


SiC（シリコンカーバイド）は高温および熱ショックに対する優れた化学的および機械的安定性を有しており、これにより基板やシャワーヘッドなどの半導体製造コモディティに理想的な材料となっています。

ただし、シリコンカーバイドの高硬度と脆性のため、SiCを加工する際のリスクは、大きなエッジクラックの寸法を伴う穴の品質の低下にあります。ドリルプロセス中にスラスト力とトルクが十分に制御されないと、穴の品質と位置の精度の両方に深刻な影響を及ぼす可能性があります。
 

 

☑️ SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工の加工情報

 

 

  SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工の加工情報     

  材料

  SiC（シリコンカーバイド）

  特徴

  Φ0.3 x 5.5mm (盲目穴)
  *アスペクト比 18倍

  加工

  微細穴あけ加工  

  超音波ツールホルダ       

  HSKE40-R01-06

  加工パラメータ

  S 12,000rpm; F 1mm/min; Q 0.02mm

  機械工具の種類

  C型垂直マシニングセンター

 

SiC（シリコンカーバイド）の超音波支援加工ワークピース
(図1. SiC（シリコンカーバイド）の超音波支援加工ワークピース)


HSK-E40 超音波ツールホルダが SiC（シリコンカーバイド）の超音波支援加工に使用されました
(図2. HSK-E40 超音波ツールホルダが SiC（シリコンカーバイド）の超音波支援加工に使用されました)


SiC（シリコンカーバイド）の超音波支援加工プロセス
(図3. SiC（シリコンカーバイド）の超音波支援加工プロセス)



 

SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工におけるHITの目標


目標は、HITの超音波支援加工技術がSiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工にどのように利益をもたらすかを、穴の品質の観点から確認することです。



 

超音波加工SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工の結果

 

SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工：穴の品質

SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工におけるHIT超音波および非超音波条件の穴の品質比較

(図4. SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工におけるHIT超音波および非超音波条件の穴の品質比較)

 

  • HIT超音波により、Z軸方向の高周波マイクロ振動が切削力を削減し、ペックドリリングとして機能しました。これにより、材料およびチップの除去が向上し、エッジクラックの寸法が1.5倍に減少しました（0.035mmから0.023mm）。



エッジクラックの寸法が1.5倍に減少したSiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工におけるHIT超音波の穴の品質向上

(図5. エッジクラックの寸法が1.5倍に減少したSiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工におけるHIT超音波の穴の品質向上)



 

SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工：工具寿命

HIT超音波支援加工によるSiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工での工具摩耗の大幅な削減

(図6. HIT超音波支援加工によるSiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工での工具摩耗の大幅な削減)

 

  • 切削力の低減は、材料の除去が容易になりました。工具が定期的にワークピースから離れることで、切削液の流入が容易になり、チップと切削熱を除去できました。これにより、超音波なしの場合と比較して、工具寿命が3倍に延長されました。工具摩耗は深刻ではなく、工具はドリリングを続けることができましたが、超音波なしの場合、工具摩耗が深刻で、すぐに工具破損を引き起こす可能性がありました。



HIT超音波支援加工によるSiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工での工具寿命の3倍の延長

(図7. HIT超音波支援加工によるSiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工での工具寿命の3倍の延長)




 

HIT超音波加工技術の成果


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SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工：産業応用


SiC（シリコンカーバイド）の微細穴あけ加工は、半導体産業でよく使用されます。特に、エッチングや薄膜プロセスにおいて基板やシャワーヘッドなどの主要なウェハ製造コンポーネントとして利用されています。


SiC（シリコンカーバイド）はモース硬度が9であり、高精度な機械部品に優れた素材として選択されています。

この材料は、高温および熱ショックに対する優れた化学的および機械的安定性を備えており、基板やシャワーヘッドなどの半導体製造コモディティに理想的な材料となっています。シャワーヘッドは、半導体産業において均等な分布が必要とされており、製品上の集中穴の品質と構成はウェハ製造の高い収率を維持するために重要です。

ただし、シリコンカーバイドの高硬度と脆性のため、シリコンカーバイドを加工する際には、エッジクラックの大きなサイズとともに穴の品質が悪化するリスクがあります。ドリルプロセス中にスラスト力とトルクが十分に制御されないと、穴の品質と位置の精度が厳しく影響を受ける可能性があります。

そこで、HITの超音波加工モジュールが役立ちました。HITは、先進材料の加工において包括的なソリューションを提供しています。HITの超音波加工技術の支援を受けることで、クライアントは加工時間を短縮しながらも品質に不安を感じることなく、加工効率を大幅に向上させ、微細穴の品質と工具寿命の安定性を向上させることができます。HITは、クライアントに対して要件に合わせるだけでなく、さらなる良好な成果を達成することを保証しています。
 

💡 セラミック材料のHIT超音波加工についての紹介