반도체 세라믹 드릴링: 미세-구멍, 깊은 구멍 및 위치 편차에 대한 설명

세라믹 기판의 구멍은 단순해 보이지만 실제로는 반도체 패키징의 숨겨진 병목 현상 중 하나입니다. 구멍 위치가 0.01mm만 어긋나도 장치가 파손될 수 있습니다. 구멍 벽의 미세-균열은 후속 소결 중에 기판을 파손시킬 수 있습니다. 깊은 구멍에서 칩을 배출할 수 없으면 드릴이 구멍 내부에서 파손되어 전체 모재가 손실됩니다.

이 가이드에서는 세 가지 주류 세라믹 드릴링 공정, 즉 미세-구멍 가공, 깊은 구멍-구멍 가공 및 구멍 위치 편차 제어를 분석하고 빠른 문제 해결을 위한 매개변수 표와 결함 참조 표를 포함하고 있습니다. 레이저 경로를 비교하는 독자를 위한 가이드펨토초 대 나노초 레이저 마이크로{0}}드릴링보완적인 펄스-폭 비교를 제공합니다.

세라믹 홀 드릴링에 대한 보편적인 솔루션은 없습니다. 다양한 구멍 직경, 종횡비 및 정확도 요구 사항은 다양한 기술 경로를 나타냅니다.

표 1. 세 가지 주류 세라믹 드릴링 공정 비교

빠른 선택 규칙:

• 구멍 직경 < 0.2mm → 레이저가 유일한 옵션입니다.
• 구멍 직경 > 0.5 mm, 종횡비 < 3:1 → 기계식 드릴링, 최고의 비용{3}} 효율성;
• 열 영향 영역이 없는-벽 품질 요구 사항이 매우 높음- → 초음파 가공;
• 일괄 마이크로{0}}홀 어레이 → 레이저, 탁월한 효율성.

메모:위의 값은 프로세스 심사를 위한 일반적인 업계 경험 범위입니다. 최종 선택은 실제 소재에 대한 시험 가공을 통해 검증되어야 합니다.

반도체 세라믹의 거의 모든 미세-구멍은 레이저로 생성됩니다. 0.3mm 미만의 기계식 드릴 비트는 접촉 시 파손되며 초음파 가공이 너무 느립니다. 레이저 가공은 비접촉식 특성, 높은 정밀도 및 효율성 덕분에 유일한 대량 생산 솔루션입니다.-

이러한 세라믹 기판의 대부분은 인쇄 회로 기판과 동일한 전자 어셈블리로 구성됩니다.UV 레이저가 PCB 생산에 어떻게 도움이 되는지전자 가공 체인을 마무리합니다.

1. 레이저 소스를 선택하는 방법:

표 2. 세라믹 마이크로- 홀 드릴링을 위한 레이저 소스 선택

경험 법칙:일반 알루미나는 나노초 레이저로 가공할 수 있습니다. 코팅된 구멍과 밀봉된 구멍에는 피코초가 필요합니다. 펨토초는 초-고정밀-개발 작업을 위해 예약되어 있습니다. 펄스 체계에 대한 전체 비교를 보려면 다음 기사를 참조하세요.마이크로{0}}구멍 가공에서의 펨토초 레이저.

2. 세 가지 드릴링 방법:

• 타악기 드릴링:가장 빠르지만 테이퍼가 더 크고 일관성이 약합니다. 엄격한 정확도 요구사항이 없는 관통-구멍에 적합합니다.
• 나선형(트레패닝) 드릴링:빔은 원형 나선형 경로를 따라 이동합니다. 테이퍼는 0.5도 이내로 제어할 수 있습니다. 반도체 미세-홀의 주류 방법;
• 링 커팅:빔은 비스듬히 들어가 회전하여 효율성이 떨어지지만 테이퍼가 최소화된 직선{0}}벽 구멍을 생성합니다.

3. 네 가지 일반적인 마이크로-홀 문제:

① 큰 홀 테이퍼

• 원인: 구멍 내부에서 빔 에너지가 감쇠되고 출구가 불충분한 에너지를 받기 때문에 레이저 드릴링은 자연스럽게 테이퍼를 생성합니다.
• 대책: 나선형 드릴링(원 3개 이상); 앞면과 뒷면에서 양면 드릴링; 재료 두께의 절반에 초점을 맞춥니다. 가우시안 대신 링-모양 또는 평면{3}}상단 빔 프로필을 사용하세요.

② 재성형 레이어 + 홀 벽에 미세-균열 발생

• 원인: 나노초 레이저는 재료를 녹여{0}}벽(두께 1~10μm)에 다시 응고됩니다.
• 대책: 피코초/펨토초로 전환(1μm 이하의 재전송 레이어) 0.2~0.3MPa의 마이크로-비드 분사; HF 또는 NaOH를 희석하여 화학 세척합니다. 플라즈마 청소. 펄스 체계 전반에 걸친 깊이 비교는 다음을 참조하십시오.펨토초 레이저 마이크로-드릴링가이드.

③ 구멍 직경 일관성이 좋지 않음

• 원인: 레이저 에너지 변동, 초점 드리프트, 고르지 못한 재료 두께.
• 대응책: 전력을 보정하고 각 교대조에 집중합니다. 에너지 안정성을 ±2% 이내로 유지합니다. 가공 전 두께와 그룹을 측정합니다. 고정밀- XY 스테이지를 사용합니다(±1 μm 이하의 위치 지정).

④ 출입 치핑

• 원인: 세라믹은 부서지기 쉽고 가장자리에 응력이 집중됩니다.
• 대책: 입구에 희생층(테이프/구리박)을 추가합니다. 출구에 지지대(유리/흑연)를 추가합니다. 2단계-사전-드릴링 + 리밍; 단일-펄스 에너지를 제어합니다.

깊은 홀의 가장 큰 적은 경도-가 아니라 칩 배출입니다. 세라믹 칩은 단단하고 부서지기 쉽습니다. 구멍 바닥이 막히면 드릴이 부러집니다.

1. 펙 드릴링: 깊은 구멍을 위한 표준 작업

핵심 아이디어는 간단합니다. 드릴을 조금 넣고 뒤로 조금 당겨서 칩이 흘러나오고 절삭유가 유입됩니다.

• 단계(펙 깊이):0.3~0.5mm 전진할 때마다 후퇴합니다. 단계가 작을수록 종횡비가 높아집니다. - 10:1에서는 0.3mm를 사용하고 10:1 이상에서는 0.1~0.2mm로 줄입니다.
• 후퇴 거리:드릴을 구멍 입에서 완전히 빼내세요. - 약간만 후퇴하지 마세요.
• 철회 후 체류:냉각수가 구멍을 깨끗하게 씻어낼 수 있도록 0.1~0.3초 동안 잠시 멈춥니다.
• 종횡비 > 8:1:3{0}}단계 방법 - 파일럿 홀 → 깊은 홀 → 리밍을 사용합니다.

2. 도구 선택: 다이아몬드 코팅이 표준입니다.

주의:다이아몬드 코팅은 질화규소(Si₃N₄) - 가공에 적합하지 않습니다. 화학 반응으로 인해 코팅이 벗겨집니다.

3. 냉각: 압력과 흐름은 모두 필수입니다.

• 내부 절삭유 우선:압력 3 MPa 이상, 유량 5 L/min 이상, 절삭유는 드릴 내부에서 절삭날까지 전달됩니다.
• 외부 냉각수 보충:구멍 입구를 겨냥한 노즐, 유량 10 L/min 이상, 압력 1 MPa 이상;
• 냉각수 유형:수성-기반 절삭유(농도 5~8%), 순수 오일 사용을 피하세요.
• 여과법:재순환 칩이 홀 벽에 흠집을 내는 것을 방지하기 위해 10μm 이하입니다.

4. 프로세스 매개변수: 보수적인 것이 공격적인 것을 이긴다

표 3. 세라믹 깊은 홀에 권장되는 펙 드릴링 매개변수(참조)

경험:보수적인 매개변수를 사용하여 첫 번째 부품을 실행하고 칩과 드릴 마모를 관찰한 다음 최적화합니다. 세라믹 가공에서는 느리고 꾸준한 속도가 빠릅니다. 부러진 드릴 하나의 손실은 그것을 조심스럽게 다루기 위해 들인 시간보다 훨씬 더 큽니다.

5. 안내 및 지원: 홀 드리프트 방지

• 파일럿 구멍:먼저 짧은 드릴로 0.5-1mm 깊이의 중앙 구멍을 뚫은 다음 긴 드릴로 전환합니다.
• 드릴 부싱 안내:부싱-~-드릴 간극 0.005mm 이하, 가공물 표면에 최대한 가깝게 위치.
• 표면 평탄화:드릴이 수직으로 들어갈 수 있도록 평탄도는 0.01mm 이하입니다.
• 종료 지원:치핑과 충격을 줄이기 위해 돌파 직전에 흑연이나 목재 지지판을 배치하십시오.

위치 이탈은 원인과 대책이 다른 두 가지 형태로 나타납니다.

① 진입 위치 오프셋(잘못된 좌표)

원인:절단 시작 시 표면 미끄러짐; 열악한 고정물 반복성; 기계 위치 정확도가 부족합니다.

대책:

• 기계적 드릴링: 먼저 중앙 딤플(깊이 0.1~0.2mm)을 뚫은 다음 구멍을 뚫습니다.
• 레이저: 실제 드릴링 전에 20~30% 에너지로 위치 표시를 발사합니다.
• 고정: 위치 핀 + 반복성이 있는 진공 척 0.005mm 이하 - 세라믹을 벤치 바이스에 직접 고정하지 마십시오.
• 장비: 보상을 위한 마크 포인트를 자동으로 인식하는 비전 포지셔닝 기능을 갖춘 레이저 기계; 기계 기계는 에지 파인더 센터링(0.002mm 이하)을 사용합니다.
• 첫 번째-부품 검사는 필수입니다. 배치를 시작하기 전에 비전 측정기로 구멍 좌표를 측정합니다.

② 구멍 축 기울기(구멍이 기울어짐)

원인:드릴 강성이 부족합니다. 비대칭 절삭력; 고르지 않은 표면; 과도한 공구 홀더 런아웃.

대책:

• 길이-대-직경 비율을 8:1 이하로 유지하세요. 그 이상으로는 스텝 드릴이나 건 드릴을 사용합니다.
• 먼저 작업물 표면을 평평하게 만듭니다(평탄도 0.01mm 이하).
• 입구와 출구 모두를 지원하는 드릴 부싱 가이드;
• 고정밀-공구 홀더(열박음-또는 유압식), 방사형 런아웃 0.003mm 이하,
• 50% 이송 속도로 절단을 시작하고 0.5mm 관통 후 일반 이송으로 돌아갑니다.

위치편차 측정

일반적인 검사에서는 구멍 위치 정확도, 구멍 직경 공차, 구멍 축 기울기, 내벽 품질 등 4가지 항목을 다룹니다. 측정 방법은 다음과 같습니다.

표 3b. 홀 위치 편차 검사 방법

첫 번째 부품에 대해 검사를 실시하고 결과를 확인한 후 양산을 시작합니다.

표 4. 세라믹 드릴링 결함 문제 해결 차트

모든 구멍-드릴링 요구 사항에 대해 다음 네 단계를 따르면 거의 실패하지 않습니다.

단계 1 - 구멍 직경

• < 0.2 mm → laser (the only feasible option);
• 0.2–0.5 mm → 레이저 또는 초음파;

• >0.5mm → 기계식 드릴링(최고의 비용-효율성).

단계 2 - 가로세로 비율 확인

• 3:1 이하 → 모든 공정; 가장 낮은 비용을 선택하십시오.
• 3:1–10:1 → 기계식(펙 드릴링 + 내부 절삭유) 또는 레이저;
• >10:1 → 레이저가 확실한 이점을 갖고 있거나 전용 심공-드릴링 기계를 사용합니다.

단계 3 - 정확도 및 구멍 벽 확인

• ±0.005mm 이내의 구멍 위치 → 레이저(비전 포지셔닝 사용);
• 벽 거칠기 Ra 0.8 이하 → 기계적 + 리밍 또는 초음파;
• 재구성 레이어는 허용되지 않음 → 피코초/펨토초 또는 기계/초음파;
• 기밀성 요구 → 기계적 + 래핑; 레이저는 사후-치료가 필요합니다.

단계 4 - 배치 크기 및 비용 확인

• 소규모 배치/R&D → 기존 장비를 사용하고 유연성을 유지합니다.
• 미세{0}}홀 대량 배치 → 레이저(고효율, 홀당 낮은-비용);
• 큰 구멍의 대량 배치 → 기계(저렴한 장비, 저렴한 도구).

표 5. 세라믹 소재별 일반적인 드릴링 지침(업계 일반 참조)

메모:위 내용은 공정 심사만을 위한 일반적인 업계 경험입니다. 실제 매개변수는 실제 재료, 장비 및 품질 요구 사항에 대한 시험 가공을 통해 검증되어야 합니다.

① 항상 재료-에 따른 공정을 먼저 선택합니다.마이크로-홀 → 레이저; 깊은 구멍 → 기계적 드릴링; 위치 편차 → 고정 및 위치 지정. 보편적인 프로세스는 없고 가장 적합한 프로세스만 있습니다.

② 항상 출구측을 지지해 주십시오.흑연, 유리 또는 목재 뒷면 작업; 이는 가장 저렴하고-비용이 가장 효과적인 치핑 방지 방법입니다.-

③ 매개변수 여백 -을 절대 천장에 두지 마십시오.레이저 에너지 마진은 10~20%, 기계적 공급 마진은 30%를 유지합니다. 재료가 변동하면 천장 매개변수가 깨집니다.

④ 첫 번째-부품 검사는 협의할 수 없습니다.-전체 배치가 폐기되는 것을 방지하는 구멍 위치, 직경 및 기울기 - 10분에 대한 비전 측정기를 사용하십시오.

⑤ 매개변수보다 공구/레이저 상태가 더 중요합니다.마모된 드릴이나 드리프트된 레이저는 가장 정밀한 프로그램도 쓸모없게 만듭니다. 공구 수명 관리 및 정기적인 교정 일정을 수립하세요.

⑥ 레이저로 뚫은 구멍은-후처리가 필수입니다.-나노초 레이저 드릴링 후 재주조 층과 미세{0}}균열은 거의 피할 수 없습니다. - 블라스팅, 화학적 세척 및 플라즈마 처리를 건너뛰어서는 안 됩니다.

세라믹 홀 드릴링은 재료, 장비, 프로세스 및 검사와 관련된 시스템 엔지니어링 문제입니다. 모든 세부 사항을 통제할 수 있어야만 높은 정밀도, 높은 일관성 및 높은 신뢰성을 갖춘 홀을 생산할 수 있습니다.

당신이 평가하는 경우정밀 레이저 가공 장비세라믹 미세-구멍 -을 위한 솔루션이거나UV 레이저정밀 세라믹 및 유리 작업의 경우 - 재료, 구멍 직경, 종횡비 및 정확도 요구 사항을 문의해 주세요. 샘플 테스트를 실행하고 실제 재료의 구성을 확인합니다. 세라믹 부품의 일반적인 식별 및 마킹 애플리케이션을 위해 당사는레이저 마킹 기계샘플-테스트 지원도 제공됩니다.

이 기사는 반도체 세라믹 가공에 대한 일반적인 산업 공정 경험을 바탕으로 작성되었습니다. 특정 매개변수는 실제 재료, 장비 및 요구 사항에 따라 조정되어야 합니다.