레이저 유리 절단

레이저 유리 절단 커팅 드릴 실리콘 웨이퍼 스크라이빙 UV Laser Glass Cut Cutting Si Wafer Scribing System

 

전형적인 UV 레이저 유리 절단

Glass Cutting with UV Lasers for TSP/FPD

 

레이저 유리 가공은 점점 대중화 되는 텔레비전, 스마트/휴대폰, GPS 장치 이득 등 다양한 가전 제품에 사용된다. 동기 부여 요인은 레이저 기반 프로세스를 통해 수율 증가 및 부품의 성능향상으로 비용을 절감하고 있다.

Laser glass processing is increasingly utilized as various consumer electronics, such as televisions, mobile/smart phones, and GPS devices gain in popularity. Motivating factors include reduced cost through increased yield and device enhancement through laser-enabled processes.

 

레이저는 저가의 소다 라임 유리에서 높은 품질의 다양한 붕 규산염 유리에 이르기까지, 유리의 서로 다른 유형을 가공 처리하는데 사용하고 있다. 절단 요구 사항은 기본 직선 절단/싱귤레이션뿐만 아니라, 간단하고 그리고 복잡한 기하학적 도형이 있습니다. 프로세스 과제 처리, 용융의 감소 및 마이크로 크랙 형성의 방지에 있다.

Lasers are used to process differing glass types, ranging from low-cost soda lime glass to a variety of higher-quality borosilicate glasses. Cutting requirements include basic straight line cutting/singulation as well as simple and complex geometric shapes. Process challenges include throughput, reduction of melt, and prevention of micro-crack formation.

 

고속 사용, 스캐닝 갈바노미터로 멀티-패스 프로세싱, 355nm Q-switched 레이저 (Pulseo®) 펄스는 유리 가공에 필요한 높은 강도를 생성하는 <10㎛ 스팟 크기로 초점 되었다. 따라서, 고속 빔 스캔 작업과 함께 작은 스팟 크기는 유리의 열적 부하를 줄여, 열 축적을 최소화하기 위해 중요하며, 또한 가열 및 마이크로 크랙 형성을 감소시키는 것은 Pulseo® 레이저 시스템의 짧은 펄스 지속 시간이다.

Using high-speed, multi-pass processing with a scanning galvanometer, 355nm Q-switched laser (Pulseo®) pulses were focused to <10μm spot size to create the high intensities required for glass machining. The small spot size coupled with high-speed beam scanning work to minimize heat accumulation, thus reducing the thermal loading of the glass. Also critical for minimizing or reducing heating and micro-crack formation is the short pulse duration of the Pulseo laser system.

 

산업 응용 연구소는 1mm 두께의 소다 석회 유리 및 200um 와 100μm 두께 Schott 쇼트 D-263 붕규산 유리 절단 공정을 개발했다. 고속 트리펀 절단 가공은 두께 1mm의 유리에 2mm 직경의 구멍을 6sec 이내에 드릴한다. 얇은 붕규산 유리의 경우, 직선과 곡선은 20mm/sec 평균 속도에서 절단한다.

Spectra-Physics’ Industrial Applications Lab has developed processes for cutting 1-mm thick soda lime glass and 200 and 100μm thick Schott D-263 borosilicate glass. A high-speed trepan-cutting process cuts 2-mm diameter holes in the 1mm thick glass in less than six seconds. For the thinner borosilicate glass, straight and curved lines are cut at 20mm/sec average speed.

 

 

SEM 영상은 200㎛ 두께의 Schott 쇼트 D-263 붕규산 유리에 눈에 보이는 미세 균열 고품질 절단을 나타냅니다. 그리고 1mm 두께의 소다 석회 유리에서 대경 구멍의 육안 검사는 최소의 측벽 테이퍼로 전반적인 깨끗한 외관을 나타낸다.

SEM imaging indicates high quality cutting with no visible micro-cracks in the 200μm thick Schott D-263 borosilicate glass. And visual inspection of the large-diameter holes in 1mm thick soda lime glass shows minimal sidewall taper and clean overall appearance.

 

직경 2mm Hole을 두께 1mm 소다 석회 유리에서 절단했다

2mm diameter holes cut in 1mm thick soda lime glass

 

Product: Pulseo®

Pulseo® 355-20 레이저는 가장 높은 파워의 UV Q-스위치 레이저입니다.

>200μJ 가진 펄스는 100,000times/sec 반복율로 높은 처리 성능을 달성; <23ns 펄스 지속 시간으로 고품질 가공을 실현 - 이것이 높은 피크 파워의 이점입니다.

Spectra-Physics Pulseo® 355-20 laser is our highest-power UV Q-switched laser. With >200μJ pulses delivered 100,000times a second, high-throughput performance is achieved; and at <23ns pulse duration, high quality machining is realized – this is the benefit of high-peak power.

 

100μm 두께 D-263 유리의 경우, 40mm/sec 속도에 도달한다. 얇은 유리의 매우 날카로운 모서리는 short-pulse laser processing을 사용하면, 미세 균열 없이 가능하다.

For 100μm thick D-263 glass, speeds approaching 40mm/sec are achieved. With the thinner glass, very sharp corners are possible without micro-crack formation when using short-pulse laser processing.

 

다양한 유리의 종류와 유리 두께에 대하여, short-pulse Q-switched 레이저는 뛰어난 결과를 제공합니다. 두께 별 속도 요구사항에 따라서, Explorer®, HIPPO™, Navigator™ 및 Pulseo® 포함하여, 다양한 355nm의 Q-스위치 레이저 제품 군은 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

For a variety of glass types and glass thickness, Spectra-Physics’ short-pulse Q-switched lasers offer superior results. Depending on thickness and throughput requirements, a variety of Spectra-Physics 355nm Q-switched product families may meet your demands, including Explorer®, HIPPO™, Navigator™, and Pulseo lasers.

 

Material                      Thickness         Laser wavelength          Speed

Soda Lime Glass            1mm              Pulseo® 355nm            2mm hole in 6sec

Borosilicate Glass           200μm            Pulseo® 355nm            20mm/sec cut speed

 

200μm의 두께 붕규산 유리에 레이저 컷 둥근 모서리를 보여주는 SEM 이미지

SEM image showing laser-cut rounded corner in 200μm thick borosilicate glass

 

100um 두께의 붕규산 유리 절단, HAZ없는 날카로운 모서리를 보여주는 SEM 이미지

SEM image showing sharp, HAZ-free corners cut in 100um thick borosilicate glass

 

 

Laser Application Focus No. 13

Glass Cutting and Silicon Scribing Excel with Quasar® TimeShift™ Technology

 

오늘날의 가전 기기에 대한 제조 공정에서, 레이저는 비용을 줄이면서 제조 수율 및 처리량을 충족하는데 중요한 역할을 해왔다. 오늘날의 UV Q-스위치 DPSS 레이저는 지금까지 제조 요구 사항을 충족하는 동안, 더 높은 속도를 달성에 한계가 있습니다. 이것은 출력 파워가 감소하고 펄스 반복 주파수 (PRF)는 증가하기 때문이다.

In manufacturing processes for today's consumer electronics devices, lasers have played an important role in driving up manufacturing yields and throughput while driving down costs. While today’s UV Q-switched DPSS lasers have met manufacturing demands thus far, they do have limitations in achieving higher speeds. This is because the output power decreases and pulse width increases significantly with increasing pulse repetition frequency (PRF).

 

이러한 한계를 극복하기 위해, 스펙트라-피식스 퀘이사® 고성능 UV 하이브리드 광섬유 레이저를 개발했다. 이 같은 소프트웨어로 조정되는 펄스 폭, 펄스 분할 및 펄스 성형과 같은 고급 기능을 사용할 수 있습니다 타임 쉬프트™ 기술과 함께 높은 PRF에서 더 높은 파워의 고유한 조합을 가지고 있습니다. 퀘이사®는 10ns의 펄스 폭을 유지하면서 250kHz PRF에서 >40W의 출력 파워를 제공한다.

To overcome this limitation, Spectra-Physics developed the Quasar® high power UV hybrid fiber laser. It has a unique combination of higher power at higher PRF along with TimeShift™ technology that enables advanced features such as software-adjustable pulse width, pulse splitting, and pulse shaping. Quasar® provides >40W output power at PRF of 250kHz, while maintaining pulse width of 10ns.

 

적절한 파라미터 최적화로, 고품질 및 높은 처리량은 독특한 UV의 나노초 펄스 레이저 소스로 달성 될 수 있다. 퀘이사® UV 레이저는 마이크로 전자 재료의 일반적인 2가지; 유리와 실리콘 웨이퍼에서 가공 장점이 입증되었다.

With proper parameter optimization, high quality and high throughput can be achieved with this unique UV nanosecond pulsed laser source. The processing benefits of the Quasar UV laser have been demonstrated in two common microelectronic materials – silicon and glass.

 

Glass Cutting with Quasar

애플리케이션 실험실 연구에서, 퀘이사®의 고유한 타임 쉬프트 기술은 0.55mm 두께의 디스플레이 유리에 높은 처리량 깨끗한 품질 선형 절단을 가능하게 했다. 타임 쉬프트 기술에 의해 가능하게 하는 펄스의 시간적 특성 제어는, 열 부하를 줄이고 따라서 칩핑과 재료의 균열에 대하여 개별 레이저 펄스로 용이하게 한다. 이것은 또한 전체 처리량을 개선, 빠른 스캔 속도에서 좋은 품질의 절단으로 결론지어졌다. 우리는 제조 과정에서 원하는 1m/sec로, 높은 선형의 절단 속도를 달성했다.

In Spectra-Physics’ applications lab studies, Quasar’s unique TimeShift technology has enabled clean quality linear cuts at high throughput on 0.55mm thick display glass. Control of pulse temporal characteristics, made possible by the TimeShift technology, facilitates tailoring of the individual laser pulses to reduce thermal loading and hence chipping and cracking in the material. This has also resulted in good quality cuts at faster scanning speeds, improving overall processing throughput. We achieved linear cutting speed of 1m/sec, highly desired in the manufacturing process.

 

절단 가장자리의 Top View는 최소한의 칩핑 (<10㎛)으로 깨끗한 절단 품질을 보여준다.

Top view of the cut edge shows a clean cut quality with minimal chipping (<10μm).

 

두께 550um의 유리에서 절단 면은 일반적인 제조 요구 사항의 허용 범위 이내의 조도를 보여준다.

Side view of the cut edge shows roughness within the acceptable range of typical manufacturing requirements.

 

 

Silicon Scribing with Quasar

퀘이사® UV 레이저는 연마 단결정 실리콘 웨이퍼 ~100μm 두께를 스크라이브 하는데 사용 하였다. 재료의 열 손상을 피하면서 매우 높은 스크라이빙 속도를 달성했다. 50㎛ 스크라이브 깊이를 동일하게 유지하는 타임 쉬프트 기술 사용은, 300kHz의 높은 PRF에서 단일 25ns의 펄스 그리고 255kHz의 주파수에서 반복 (10nsec로 구분된, 5nsec의 10 서브 펄스) 펄스의 버스트는, 200kHz PRF에서 기준한 단일 25ns의 펄스 폭과 비교하여 스크라이브 속도가 증가된 것이다. 추가적인 개선은 펄스 폭과 펄스 모양을 조정할 수 있는 또 다른 타임 쉬프트 기능에 의하여 최적화 할 수 있다.

The Quasar® UV laser was used to scribe ~100μm thick polished single crystal silicon wafers. Very high scribing speeds were achieved while avoiding thermal damage to the material. Using TimeShift technology to maintain the same 50μm scribe depth, a single 25ns pulse at high PRF of 300kHz and a burst of pulses (10 sub-pulses of 5ns, separated by 10ns) repeated at 255kHz frequency, increased the scribe speed as compared to a baseline single 25ns pulse width at 200kHz PRF process. Further additional improvement is possible by optimizing other TimeShift features such as adjustable pulse width and pulse shape.

 

 

타임 쉬프트 기술의 펄스 분할 기능의 장점을 보여주기 위해, 우리는 동일한 스크라이브 속도와 PRF에서 다양한 플루언스 레벨에 대하여 레이저 스크라이브를 생성했다. 두 데이터 집합을 수집했다; 25nsec의 펄스의 펄스 출력과 하위 펄스가 10nsec로 구분, 5nsec의 버스트 이다. 스크라이브 깊이 데이터는 단일 펄스 가공을 뛰어넘어, 펄스 분할 버스트 마이크로 머시닝을 사용하는 것은 분명한 장점을 보여준다. 절단 깊이가 52%와 77% 사이의 증가는 플루언스 레벨을 통해 관찰되었다. 우리는 또한 분할 펄스 스크라이브의 품질 향상을 관찰했다.

To show advantage of pulse splitting capability of the TimeShift technology, we generated laser scribes at same scribe speed and PRF for various fluence levels. Two sets of data were collected; one with a pulse output of a single 25ns pulse, and one with a burst of five 5ns sub-pulses separated by 10ns. Scribe depth data shows the clear advantage of using pulse splitting burst micromachining over single pulse machining. An increase in ablation depth between 52% and 77% was observed depending on the fluence level. We also observed improvement in quality of split pulse scribe.

 

     

Split Pulse Scribe                                                      Single Pulse Scribe

 

두 경우에 대한 Debris와 HAZ의 시각적 모양은 분할 펄스 버스트 모드 스크라이브는 표면에 적은 Debris와 높은 품질을 가지고 있음을 보여준다.

The visual appearance of debris and HAZ for the two cases shows that split pulse burst-mode scribe have higher quality with less loose debris on the top surface.

 

 

 

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