Керамика из оксида алюминия (Al₂O₃) широко используется в полупроводниковой упаковке, силовой электронике, светодиодных модулях, радиочастотных устройствах, датчиках и керамических печатных платах из-за их превосходной электроизоляции, термической стабильности и механической прочности. Поскольку электронные компоненты продолжают сокращаться, производителям все чаще приходится производить микроотверстия с высокой-плотностью, более жесткими допусками и более высокой надежностью.
Лазерное сверление стало предпочтительным решением этой задачи. Среди доступных методов два наиболее часто используемых процесса — лазерное ударное сверление и спиральная трепанация. Хотя оба могут производить прецизионные микроотверстия, они предназначены для разных производственных приоритетов.
В этой статье сравниваются два метода с точки зрения скорости бурения, качества отверстия, эффективности производства и пригодности применения, чтобы помочь производителям выбрать правильный процесс.
Быстрое сравнение
| Требование | Рекомендуемый процесс |
| Самая высокая скорость бурения | Ударное бурение |
| Бурение больших массивов | Ударное бурение |
| Диаметр отверстия больше или равен 100 мкм | Ударное бурение |
| Диаметр отверстия<100 μm | Спиральная трепанация |
| Низкое требование к конусности | Спиральная трепанация |
| Минимальные сколы по краям | Спиральная трепанация |
| Электронная упаковка высокой-надежности | Спиральная трепанация |
| Thick alumina substrates (>1 мм) | Спиральная трепанация |
В целом, ударное сверление максимизирует производительность, а спиральное трепанирование обеспечивает превосходное качество отверстий и постоянство размеров.
Что такое лазерное ударное сверление?
Лазерное ударное сверление создает отверстие, фокусируя лазерный луч в фиксированном положении, в то время как несколько лазерных импульсов непрерывно удаляют материал до полного проникновения в подложку.
Поскольку во время сверления лазер остается неподвижным, движение сканера сводится к минимуму, что обеспечивает чрезвычайно высокую скорость обработки. В сочетании с гальванометрическим сканированием и технологией летучего сверления ударное сверление особенно подходит для обработки большого количества одинаковых отверстий.
Преимущества
Чрезвычайно высокая скорость сверления
Идеально подходит для-больших объемов производства.
Эффективен для тонких подложек из оксида алюминия.
Совместимость с летающими буровыми системами.
Ограничения
Больший конус отверстия
Более высокая термическая нагрузка
Повышенный риск сколов кромок и микро-трещин.
Менее подходит для сверх-маленьких или глубоких микроотверстий.
Что такое спиральная трепанация?
Спиральная трепанация удаляет материал постепенно по запрограммированному спиральному пути. Вместо того, чтобы концентрировать лазерную энергию в одной точке, луч сканирует слой за слоем от центра к конечному диаметру отверстия.
Хотя этот процесс требует более длительного времени обработки, он значительно снижает термическое напряжение и обеспечивает лучший контроль над геометрией отверстия.
Преимущества
Отличная округлость отверстия
Нижний конус
Минимальные сколы по краям
Лучшее качество боковин
Улучшенная стабильность процесса для прецизионных применений
Ограничения
Более медленная скорость бурения
Более низкая пропускная способность для больших массивов отверстий
Увеличенное время цикла оборудования
Почему ударное бурение происходит быстрее?
Основная причина – разница в движении луча.
Во время ударного сверления лазер остается неподвижным, в то время как последовательные импульсы удаляют материал вертикально через подложку. Поскольку спирального пути сканирования нет, этот процесс сводит к минимуму движение сканера и сокращает цикл обработки.
Напротив, спиральная трепанация требует, чтобы лазер постоянно следовал по круговой траектории в течение нескольких оборотов, постепенно увеличивая отверстие до тех пор, пока не будет достигнут желаемый диаметр. Это дополнительное время сканирования существенно замедляет процесс.
В оптимизированных производственных условиях системы волоконного лазера QCW могут достигать скорости сверления до 300 отверстий в секунду для тонких подложек из оксида алюминия с отверстиями относительно большого диаметра. Фактическая производительность зависит от толщины материала, диаметра отверстия, источника лазера и требований к качеству.
Сравнение скорости
| Элемент сравнения | Ударное бурение | Спиральная трепанация |
| Тонкие подложки (менее или равные 0,635 мм) | Отличный | Хороший |
| Диаметр отверстия больше или равен 100 мкм | Отличный | Умеренный |
| Диаметр отверстия<100 μm | Умеренный | Отличный |
| Большие массивы отверстий | Отличный | Умеренный |
| Общая пропускная способность | Очень высокий | Середина |
Для применений, где скорость добычи является основной целью, ударное бурение обычно является предпочтительным решением.
Сравнение качества отверстий
Скорость — это лишь один из аспектов производительности производства. Качество отверстий часто определяет выход конечного продукта.
| Параметр качества | Ударное бурение | Спиральная трепанация |
| Сколы кромок | Умеренный | Низкий |
| Конус отверстия | Выше | Ниже |
| Округлость | Хороший | Отличный |
| Отделка боковины | Хороший | Отличный |
| Термическое повреждение | Выше | Ниже |
| Постоянство размеров | Хороший | Отличный |
Поскольку спиральная трепанация удаляет материал постепенно, она создает меньшую термическую нагрузку, что приводит к более чистым краям отверстия, меньшей конусности и улучшенной консистенции. При производстве полупроводниковых корпусов и других приложений, требующих высокой-надежности, эти качественные преимущества часто перевешивают более низкую скорость обработки.
Выбор правильного процесса
Выбор лучшего метода бурения зависит от баланса между производительностью и качеством.
Выбирайте ударное бурение, когда:
Толщина глинозема меньше или равна 0,635 мм.
Диаметр отверстия 100 мкм или больше.
Требуется крупносерийное-производство.
Небольшое сужение допустимо
Эффективность производства – высший приоритет
Типичные области применения включают подложки светодиодов, керамические печатные платы общего назначения и другие крупные-промышленные компоненты.
ВыбиратьСпиральная трепанацияКогда:
Диаметр отверстия менее 100 мкм
Требуется жесткий размерный допуск
Низкая конусность и минимальное сколы имеют решающее значение.
Обрабатываются толстые подложки из оксида алюминия.
Требуется высоконадежная электронная упаковка-.
Типичные области применения включают полупроводниковые корпуса, силовые модули, радиочастотные устройства, автомобильную электронику и медицинские керамические компоненты.
Пропускная способность и доходность
Одним из распространенных заблуждений является то, что самый быстрый процесс бурения всегда обеспечивает максимальную производительность.
На практике производители должны сосредоточиться на качественных деталях в час, а не просто на отверстиях в секунду.
Для стандартных промышленных продуктов ударное бурение часто дает самую высокую производительность. Однако для применений, требующих очень маленьких отверстий или строгих стандартов качества, спиральная трепанация обычно обеспечивает более высокий общий выход за счет уменьшения дефектов, переделок и брака.
Таким образом, наиболее продуктивным процессом является тот, который позволяет постоянно получать наибольшее количество приемлемых деталей-не обязательно в кратчайшие сроки сверления.
Заключение
Как лазерное ударное сверление, так и спиральное трепанирование играют важную роль в микросверлении глиноземной керамики.
Ударное сверление является предпочтительным выбором для производителей, стремящихся к максимальной производительности при работе с тонкими материалами и большими микроотверстиями. Спиральная трепанация, с другой стороны, обеспечивает превосходную геометрию отверстий, меньшие термические повреждения и большую стабильность процесса для требовательных приложений в области электроники и полупроводников.
Вместо того, чтобы спрашивать, какой процесс в целом лучше, производители должны оценить толщину основы, диаметр отверстия, требования к качеству и объем производства, прежде чем выбирать наиболее подходящий метод сверления.YCLASERспециализироваться напрецизионные решения для лазерной микрообработкидля современных керамических материалов, включая оксид алюминия (Al₂O₃), нитрид алюминия (AlN), цирконий (ZrO₂), нитрид кремния (Si₃N₄), карбид кремния (SiC) и другую техническую керамику.
Обладая обширным опытом применения в области лазерной резки, микросверления, нанесения надписей и профилирования, наша команда инженеров помогает клиентам выбрать наиболее подходящий лазерный процесс с учетом свойств материала, характеристик отверстий и производственных требований-, обеспечивая оптимальный баланс между качеством, эффективностью и стоимостью.
Связаться с YCLASER для тестирования образцов и профессиональной поддержки приложений.
