激光升級(jí)金剛石刀具瞄準(zhǔn)微電子加工領(lǐng)域

美國西密歇根大學(xué)的制造工程學(xué)教授JohnPatten博士開發(fā)了一種稱為“μ-LAM”的微激光輔助加工技術(shù),該方法將激光與金剛石刀具結(jié)合起來,對(duì)硅半導(dǎo)體和陶瓷材料進(jìn)行加熱軟化和切削加工。

JohnPatten介紹說,“這些材料通常都非常脆,如果試圖使它們變形或?qū)ζ溥M(jìn)行加工,它們往往很容易破碎。通過使這些材料軟化,我們就能增大其柔性,使其更易于加工。”

μ-LAM加工裝置集成了一種紅外光纖激光(波長范圍1000～1500nm)。激光束通過一個(gè)具有很高光學(xué)清晰度的單點(diǎn)金剛石刀具照射到工件上,將工件材料加熱到600℃以上。刀尖圓弧半徑為5μm～5mm的金剛石刀具通過環(huán)氧樹脂粘接(適用于毫瓦級(jí)激光功率的加工)或焊接/釬焊(適用于1瓦或更大激光功率的加工)的方式,連接到裝在一個(gè)鎢或硬質(zhì)合金殼體中的激光器上。

其他工程技術(shù)人員已經(jīng)嘗試了用各種不同的方法來加工脆性材料(如陶瓷)。其中一種方法是先在爐子中加熱工件,然后再對(duì)其進(jìn)行加工;另一種方法是分別采用激光加熱和金剛石刀具切削。而Patten發(fā)明的方法是將激光和金剛石刀具集成到一起,因此具有明顯優(yōu)勢(shì)。他解釋說：“事情變得更簡(jiǎn)單,因?yàn)榧す馀c刀具本身就是對(duì)準(zhǔn)的,激光加熱的部位正好就在刀具切削刃處,因此能獲得最好的加工效果。此外,工件材料也不會(huì)過度加熱。”

Patten說,μ-LAM加工技術(shù)還可以削減加工時(shí)間和加工成本,并獲得非常光滑的光學(xué)表面。“采用常規(guī)加工方法時(shí),如果想要制造一個(gè)光學(xué)元件(如反射鏡),通常需要從澆鑄工件毛坯開始,然后進(jìn)行一系列加工步驟：粗磨、精磨、研磨,才能最終成形。而我們的加工方法取代了原來的一系列工序,在CNC數(shù)控機(jī)床上用單點(diǎn)金剛石刀具進(jìn)行切削,并且也能獲得極好的表面粗糙度(Ra1～10nm)。”

Patten正與一家日本公司合作,爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)μ-LAM系統(tǒng)的商業(yè)化應(yīng)用。他預(yù)期,這項(xiàng)發(fā)明將在一些行業(yè)(包括汽車、航空、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體和光學(xué)行業(yè))找到用武之地。他表示：“我們最初的目標(biāo)是瞄準(zhǔn)光學(xué)和半導(dǎo)體行業(yè),但現(xiàn)在看來,可能其大部分應(yīng)用將在高能、高溫微電子設(shè)備上。在半導(dǎo)體行業(yè)中,硅片是芯片和集成電路的載體,在溫度較高的工作條件下,人們就會(huì)使用碳化硅。因此,現(xiàn)在我們的全部精力幾乎都集中在碳化硅的加工上。”