Механические операции при изготовлении интегральных схем

Рис. Оборудование для лазерной микрообработки: резка, фрезерование, скрайбирование, прошивка отверстий.

Прецизионная размерная обработка (резка, фрезерование, прошивка отверстий, скрайбирование, 3D обработка) с минимальной глубиной дефектного слоя и зоной термического влияния кристаллов (алмаз, сапфир), керамики (поликор, ситалл и др.) особо прочных и тугоплавких материалов, тонких листов черных и цветных металлов (медь, латунь, алюминий и др). Области применения станков: изготовление сверхчувствительных сенсоров, элементов СВЧ техники, изделий микромеханики, разделение микросхем, светодиодов, микросборок, выполненных на кремниевых, сапфировых, алмазных подложках, изготовление паяльных масок и многих других компонентов, необходимых для создания современных систем управления, средств связи, навигации, контроля.

Электрофизико-химическую обработку (ЭФХО) применяют для обработки труднообрабатываемых, прочных, хрупких и многих других материалов, обработка которых обычными механическими методами затруднена или невозможна. К таким материалам относятся полупроводниковые материалы, кварц, рубин, ферриты, твердые сплавы и др.

Электроэрозионный метод обработки токопроводящих материалов и сплавов основан на использовании преобразуемой в теплоту энергии импульсных электрических разрядов, возбуждаемых между инструментом и изделием. В зависимости от вида электрического разряда (искра, дуга), параметров импульсов тока, напряжения и других условий электроэрозионная обработка подразделяется на электроискровую, электроимпульсную, электроконтактную и анодно-механическую.

При электроискровом методе обработки применяют импульсы длительностью 20...200 мкс. Электрическая эрозия проявляется наиболее интенсивно, если межэлектродное пространство заполнено диэлектрической жидкостью. В качестве такой жидкости используют керосин, минеральное масло, водные растворы электролитов и дистиллированную воду.

Рис. Схема электроискровой установки: 1 – инструмент (катод); 2 – рабочая жидкость; 3 – обрабатываемая заготовка (анод); 4 – источник постоянного тока.

Электрические разряды, которые возникают между двумя электродами, находящимися на небольшом расстоянии друг от друга, разрушают их поверхности (эрозия). Одним электродом с положительным потенциалом является обрабатываемая заготовка, а другим электродом является инструмент. Конденсатор С заряжается через сопротивление R от источника постоянного тока напряжением 100...200 В. При достижении на подключенных параллельно конденсатору электродах напряжения, равного пробойном у, образуется канал сквозной проводимости, через который осуществляется разряд всей энергии, накопленной конденсатором. Прохождение тока через эрозионный промежуток прекращается после деионизации объема жидкости, заключенного между электродами. Форма обрабатываемой поверхности (отверстия) зависит от формы электрода-инструмента.

Лучевой метод обработки, к которому относится обработка световым, электронным и ионным лучами, используют для обработки токопроводящих материалов и диэлектриков. Они основаны на съеме материала при воздействии на него сфокусированными лучами с высокой плотностью энергии.

Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча так же, как и светового луча лазера, позволяет проводить размерную обработку за счет нагрева и испарения материала с узколокального участка. Для этих методов характерна практическая независимость обрабатываемости материала от механических характеристик, поэтому как металлы, так и неметаллические материалы (магнитные материалы, керамика, полупроводниковые материалы, легированные стали и ферриты, твердые сплавы, корунд и т. д.) обрабатываются одинаково успешно. Оба метода позволяют проводить такие операции, как разрезку материалов, получение фасонных поверхностей и т. д. При этом, поскольку инструментом является сфокусированный луч, вопрос об износе инструмента так же, как и об ошибках, связанных с этим износом, полностью снимается.

Возможность точного дозирования энергии луча позволяет осуществлять широкий круг технологических процессов от местной термообработки, зонной очистки и сварки до механической обработки. В ряде случаев, когда для обработки особо миниатюрных деталей изготовление инструмента практически неосуществимо (например, для отверстий диаметром 5... 10 мкм), лучевая обработка является единственно возможной.

При обработке электронным лучом расплавление и испарение происходит за счет повышения температуры материала при резком торможении потока электронов в месте встречи его с обрабатываемой поверхностью. Для получения мощного потока электронов электронный пучок, эмитируемый вольфрамовым катодом в электронной пушке, ускоряется напряжением, приложенным между катодом и анодом, юстируется и фокусируется при помощи системы магнитных линз. Перемещение луча по поверхности изделий осуществляется отклоняющей системой. Кроме того, изделие, закрепленное на координатном столике, само может перемещаться относительно луча. Все устройство находится в вакуумной камере.

Обработка световым лучом имеет ряд преимуществ: для обработки не требуется создания вакуума, при котором значительно труднее управлять технологическим процессом; нет рентгеновского излучения, сопутствующего обработке электронным лучом; лазерные установки конструктивно проще электронных пушек; в некоторых случаях механическая обработка может осуществляться за прозрачной преградой (например, в запаянной колбе).