RU2497643C2 - Method of crystalline silicon separation by thermoelastic strains - Google Patents

Method of crystalline silicon separation by thermoelastic strains Download PDF

Info

Publication number
RU2497643C2
RU2497643C2 RU2011111424/02A RU2011111424A RU2497643C2 RU 2497643 C2 RU2497643 C2 RU 2497643C2 RU 2011111424/02 A RU2011111424/02 A RU 2011111424/02A RU 2011111424 A RU2011111424 A RU 2011111424A RU 2497643 C2 RU2497643 C2 RU 2497643C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
cutting
heating
crystalline silicon
laser radiation
Prior art date
Application number
RU2011111424/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011111424A (en
Inventor
Анатолий Николаевич Сердюков
Сергей Викентьевич Шалупаев
Юрий Валерьевич Никитюк
Владимир Федорович Шолох
Original Assignee
Учреждение образования "Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение образования "Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины" filed Critical Учреждение образования "Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины"
Priority to RU2011111424/02A priority Critical patent/RU2497643C2/en
Publication of RU2011111424A publication Critical patent/RU2011111424A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2497643C2 publication Critical patent/RU2497643C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to laser cutting of anisotropic materials and can be used in electronics engineering and other industries that required precise machining of crystalline materials. Proposed method comprises selection of cutting direction along crystalline silicon crystal-lattice [crystallographic] orientation, making the notch along cutting line, laser heating of cutting line to temperature not exceeding that of thermoelastic strain relaxation and local cooling of heating zone by displacement of heating and cooling zones over processed surface. Young modulus is defined subject to cutting direction relative to said crystal-lattice [crystallographic] orientation. Heating intensity is measured by varying relative displacement of laser radiation and material and/or laser radiation power in proportion with Young modulus perpendicular to separation plane.
EFFECT: efficient and reliable cutting.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам резки анизотропных материалов под действием термоупругих напряжений, в частности к способам лазерного термораскалывания кристаллического кремния.The invention relates to methods for cutting anisotropic materials under the action of thermoelastic stresses, in particular to methods for laser thermal cracking of crystalline silicon.

Изобретение может быть использовано в электронной промышленности, а также в других областях техники и производства, где существует необходимость прецизионной обработки изделий из кристаллических материалов.The invention can be used in the electronic industry, as well as in other areas of technology and production, where there is a need for precision processing of products from crystalline materials.

Известен способ термораскалывания стекла и других хрупких неметаллических материалов под действием термоупругих напряжений, возникающих в результате лазерного нагрева материала и образования в нем разделяющей трещины [1].A known method of thermally cracking glass and other brittle non-metallic materials under the action of thermoelastic stresses resulting from laser heating of the material and the formation of a separating crack in it [1].

Сущность указанного способа заключается в следующем.The essence of this method is as follows.

При воздействии на поверхность материала лазерного пучка происходит образование разделяющей трещины, динамика развития которой определяется распределением термоупругих напряжений, сформированных в результате теплового расширения областей материала, подвергшихся локальному лазерному нагреву. При этом разделение материала происходит по всей толщине и характеризуется низкой скоростью термораскалывания.When a laser beam is exposed to the surface of the material, a separating crack is formed, the dynamics of which is determined by the distribution of thermoelastic stresses formed as a result of the thermal expansion of the regions of the material subjected to local laser heating. Moreover, the separation of the material occurs throughout the thickness and is characterized by a low rate of thermal cracking.

В рассматриваемом способе увеличение скорости термораскалывания возможно за счет увеличения мощности лазерного излучения. Однако чрезмерное увеличение мощности лазерного излучения приводит к перегреву материала и образованию поперечных трещин вдоль линии обработки, что не позволяет обеспечить высокую точность резки и делает описанный способ практически малопригодным и бесперспективным.In the considered method, an increase in the rate of thermal cracking is possible due to an increase in the power of laser radiation. However, an excessive increase in the laser radiation power leads to overheating of the material and the formation of transverse cracks along the processing line, which does not allow for high precision cutting and makes the described method practically unsuitable and unpromising.

Известен способ разделения хрупких неметаллических материалов под действием термоупругих напряжений формируемых в результате лазерного нагрева материала вдоль линии реза до температуры, не превышающей температуры релаксации термоупругих напряжений за счет пластических деформаций, и локального охлаждения зоны нагрева при относительном перемещении обрабатываемой поверхности и зон нагрева и охлаждения [2].A known method of separating brittle non-metallic materials under the action of thermoelastic stresses generated as a result of laser heating of the material along the cut line to a temperature not exceeding the relaxation temperature of thermoelastic stresses due to plastic deformations, and local cooling of the heating zone with the relative movement of the treated surface and the heating and cooling zones [2 ].

Известный способ обеспечивает высокую точность разделения, нулевую ширину реза, повышение механической прочности получаемых изделий, безотходность и низкую энергоемкость по сравнению с другими способами резки.The known method provides high accuracy of separation, zero cutting width, increased mechanical strength of the obtained products, waste-free and low energy consumption compared to other cutting methods.

Сущность указанного способа заключается в следующем.The essence of this method is as follows.

В месте воздействия лазерного излучения формируются зона значительных по величине сжимающих напряжений, которую окружает зона растягивающих напряжений. При подаче хладагента на обрабатываемую поверхность возникает дополнительная зона растягивающих напряжений, ограниченная зоной сжимающих напряжений, сформированных лазерным пучком. Инициирование разделяющей трещины происходит в поверхностных слоях материала от дефекта микроструктуры или искусственно нанесенного дефекта в зоне растягивающих напряжений, сформированных за счет подачи хладагента. Далее начальная микротрещина начинает свое движение и распространяется до зоны сжимающих напряжений, сформированных лазерным излучением. После этого нестационарный рост трещины прекращается, и ее дальнейшее движение определяется изменением пространственного распределения зон растягивающих и сжимающих напряжений, обусловленным взаимным перемещением обрабатываемого материала, лазерного пучка и хладагента.At the site of laser radiation, a zone of significant compressive stresses is formed, which is surrounded by a zone of tensile stresses. When refrigerant is supplied to the surface to be treated, an additional zone of tensile stresses arises, limited by the zone of compressive stresses generated by the laser beam. The initiation of a separating crack occurs in the surface layers of the material from a microstructure defect or an artificially applied defect in the zone of tensile stresses formed due to the supply of refrigerant. Further, the initial microcrack begins its movement and propagates to the zone of compressive stresses formed by laser radiation. After this, the unsteady growth of the crack stops, and its further movement is determined by a change in the spatial distribution of the zones of tensile and compressive stresses due to the mutual movement of the material being processed, the laser beam and the refrigerant.

Таким образом, при реализации известного способа распределение сжимающих напряжений в объеме материала определяет форму и глубину развития микротрещины, инициализация и развитие которой происходит в зоне растягивающих напряжений, сформированных в области подачи хладагента.Thus, when implementing the known method, the distribution of compressive stresses in the volume of the material determines the shape and depth of microcrack development, the initialization and development of which occurs in the zone of tensile stresses formed in the refrigerant supply area.

Этот способ обработки получил широкое распространение для резки различных изотропных хрупких неметаллических материалов (таких, как различные типы стекол и керамики). Однако этот способ не позволяет осуществлять высококачественную резку монокристаллических материалов, для которых характерна анизотропия свойств.This processing method is widely used for cutting various isotropic brittle non-metallic materials (such as various types of glasses and ceramics). However, this method does not allow high-quality cutting of single-crystal materials, which are characterized by anisotropy of properties.

Наиболее близким к заявляемому является способ разделения анизотропных материалов под действием термоупругих напряжений, включающий выбор направления резки относительно кристаллографической ориентации материала, определение интенсивности нагрева в направлении резки пропорционально коэффициенту линейного термического расширения, нанесение надреза по линии реза, лазерный нагрев линии реза до температуры, не превышающей температуры релаксации термоупругих напряжений и локальное охлаждение зоны нагрева в результате перемещения по обрабатываемой поверхности зон нагрева и охлаждения [3].Closest to the claimed is a method of separation of anisotropic materials under the action of thermoelastic stresses, including the choice of the cutting direction relative to the crystallographic orientation of the material, the determination of the heating intensity in the cutting direction is proportional to the coefficient of linear thermal expansion, cutting along the cutting line, laser heating of the cutting line to a temperature not exceeding relaxation temperatures of thermoelastic stresses and local cooling of the heating zone as a result of movement along the treated surface of the heating and cooling zones [3].

Существенным недостатком известного способа является то, что в нем не учитывается влияние анизотропии упругих свойств на процесс лазерного термораскалывания.A significant disadvantage of this method is that it does not take into account the effect of anisotropy of elastic properties on the laser thermal cracking process.

Дело в том, что в соответствие с известным способом при лазерном термораскалывании кубических кристаллов, к которым относится кристаллический кремний, не нужно изменять интенсивность нагрева при резке в различных кристаллографических направлениях, так как коэффициент линейного термического расширения в таких кристаллах изотропен.The fact is that, in accordance with the known method for laser thermal cracking of cubic crystals, which include crystalline silicon, it is not necessary to change the heating intensity during cutting in various crystallographic directions, since the coefficient of linear thermal expansion in such crystals is isotropic.

Однако упругие свойства кубических кристаллов и в частности кристаллического кремния анизотропны и при этом анизотропия этих свойств оказывает существенное влияние на процесс лазерного термораскалывания.However, the elastic properties of cubic crystals, and in particular crystalline silicon, are anisotropic, and the anisotropy of these properties has a significant effect on the laser thermal cracking process.

Таким образом, применение известного способа на практике не позволяет осуществлять высококачественную резку кубических кристаллов вообще и пластин из кристаллического кремния в частности.Thus, the application of the known method in practice does not allow for high-quality cutting of cubic crystals in general and crystalline silicon wafers in particular.

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в повышении качества резки пластин из кристаллического кремния за счет правильного определения технологических параметров лазерного термораскалывания в различных кристаллографических направлениях, учитывающего влияние анизотропии модуля Юнга.The technical problem solved by the claimed invention is to improve the quality of cutting plates of crystalline silicon due to the correct determination of the technological parameters of laser thermal cracking in various crystallographic directions, taking into account the influence of anisotropy of the Young's modulus.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в обеспечении формирования лазерно-индуцированных трещин с заданными геометрическими характеристиками при термораскалывании в различных кристаллографических направлениях пластин из кристаллического кремния.The technical result achieved by the claimed invention is to ensure the formation of laser-induced cracks with specified geometric characteristics during thermal cracking in various crystallographic directions of wafers made of crystalline silicon.

Технический результат достигается тем, что в способе разделения кристаллического кремния под действием термоупругих напряжений, включающем выбор направления резки относительно кристаллографической ориентации кристаллического кремния, нанесение надреза по линии реза, лазерный нагрев линии реза, до температуры, не превышающей температуры релаксации термоупругих напряжений, и локальное охлаждение зоны нагрева в результате перемещения по обрабатываемой поверхности зон нагрева и охлаждения, дополнительно определяют значение модуля Юнга в зависимости от направления резки относительно кристаллографической ориентации кристаллического кремния и интенсивность нагрева выбирают пропорционально модулю Юнга в направлении перпендикулярном плоскости разделения за счет изменения скорости относительного перемещения лазерного пучка и материала и/или изменения мощности лазерного излучения, при этом соотношение скорости относительного перемещения лазерного пучка и материала и мощности лазерного излучения при лазерном разделении кристаллического кремния выбирают из условияThe technical result is achieved by the fact that in the method for separating crystalline silicon under the action of thermoelastic stresses, which includes selecting the cutting direction relative to the crystallographic orientation of crystalline silicon, cutting along the cutting line, laser heating of the cutting line to a temperature not exceeding the relaxation temperature of thermoelastic stresses, and local cooling heating zones as a result of movement of heating and cooling zones along the machined surface, additionally determine the value of the module ha depending on the cutting direction relative to the crystallographic orientation of crystalline silicon and the heating intensity is selected proportionally to the Young's modulus in the direction perpendicular to the separation plane by changing the relative velocity of the laser beam and the material and / or changing the power of the laser radiation, while the ratio of the relative velocity of the laser beam and material and laser power during laser separation of crystalline silicon is chosen from the conditions Wii

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

ν - скорость относительного перемещения лазерного пучка и материала, м/с;ν is the relative velocity of the laser beam and the material, m / s;

P - мощность лазерного излучения, Вт;P is the laser radiation power, W;

k - коэффициент пропорциональности, м/(Па·с·Вт);k is the coefficient of proportionality, m / (Pa · s · W);

E - модуль Юнга в направлении перпендикулярном плоскости разделения, ГПа.E - Young's modulus in the direction perpendicular to the separation plane, GPa.

Сущность заявляемого способа разделения пластин из кристаллического кремния под действием термоупругих напряжений заключается в следующем.The essence of the proposed method for the separation of plates of crystalline silicon under the action of thermoelastic stresses is as follows.

Как известно кристаллический кремний обладает анизотропией упругих свойств и в частности модуля Юнга. Поэтому при разделении кристаллического кремния методом лазерного термораскалывания необходимо определять технологические параметры резки в заданном кристаллографическом направлении (в частности, интенсивность нагрева) с учетом значений модуля Юнга обусловленного анизотропией кристаллов кремния.As you know, crystalline silicon has anisotropy of elastic properties, and in particular Young's modulus. Therefore, when separating crystalline silicon by laser thermal cracking, it is necessary to determine the technological parameters of cutting in a given crystallographic direction (in particular, the heating intensity) taking into account the values of Young's modulus due to the anisotropy of silicon crystals.

При этом нужно учитывать, что при лазерном термораскалывании определяющее влияние на формирование лазерно-индуцированной трещины играют напряжения, действующие перпендикулярно плоскости разделения, а величина этих напряжений пропорциональна модулю Юнга в том же направлении.It should be borne in mind that during laser thermal cracking, the decisive influence on the formation of a laser-induced crack is played by stresses acting perpendicular to the separation plane, and the magnitude of these stresses is proportional to Young's modulus in the same direction.

Величина термоупругих напряжений возникающих при изменении температуры в твердом теле прямо пропорциональна произведению соответствующего коэффициента линейного термического расширения на величину изменения температуры и на величину соответствующего модуля Юнга:The magnitude of thermoelastic stresses arising from a change in temperature in a solid is directly proportional to the product of the corresponding coefficient of linear thermal expansion by the magnitude of the temperature change and the magnitude of the corresponding Young's modulus:

σ=EαΔT,σ = EαΔT,

гдеWhere

σ - напряжение, действующее перпендикулярно плоскости разделения;σ is the stress acting perpendicular to the separation plane;

α - коэффициенты линейного термического расширения в направлении перпендикулярном плоскости разделения;α — linear thermal expansion coefficients in the direction perpendicular to the separation plane;

E - модуль Юнга в направлении, перпендикулярном плоскости разделения;E is Young's modulus in the direction perpendicular to the separation plane;

ΔT в данном случае равно разности между максимальной температурой в зоне лазерного нагрева Tmax и температурой в зоне воздействия хладагента Tmin.ΔT in this case is equal to the difference between the maximum temperature in the laser heating zone T max and the temperature in the zone of exposure to the refrigerant T min .

Также известно, что Tmax обратно пропорциональна скорости относительного перемещения лазерного пучка и материала и прямо пропорциональна мощности лазерного излучения.It is also known that T max is inversely proportional to the relative velocity of the laser beam and the material and directly proportional to the power of the laser radiation.

Поэтому для соотношения скорости относительного перемещения лазерного пучка и материала и мощности лазерного излучения в зависимости от изменения значений модуля Юнга в кубических кристаллах справедливо следующие условие:Therefore, for the ratio of the relative velocity of the laser beam and the material to the laser radiation power, depending on the change in the Young's modulus in cubic crystals, the following condition is true:

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

ν - скорость относительного перемещения лазерного пучка и материала, м/с;ν is the relative velocity of the laser beam and the material, m / s;

P - мощность лазерного излучения, Вт;P is the laser radiation power, W;

k - коэффициент пропорциональности, м/(Па·с·Вт);k is the coefficient of proportionality, m / (Pa · s · W);

E - модуль Юнга в направлении перпендикулярном плоскости разделения, ГПа.E - Young's modulus in the direction perpendicular to the separation plane, GPa.

С учетом существенного отличия модуля Юнга в зависимости от ориентации кристалла кремния при резке в различных направлениях необходимо осуществлять дифференцированный нагрев, обеспечивающий формирование необходимых для создания лазерно-индуцированной трещины термоупругих напряжений в каждом направлении ориентации. Это может быть обеспечено либо за счет изменения скорости резки, либо за счет соответствующего изменения мощности лазерного излучения.Given the significant difference between the Young's modulus depending on the orientation of the silicon crystal during cutting in different directions, it is necessary to carry out differentiated heating, which ensures the formation of thermoelastic stresses necessary for creating a laser-induced crack in each orientation direction. This can be achieved either by changing the cutting speed, or by correspondingly changing the power of the laser radiation.

Так, например, в пластине, вырезанной параллельно плоскости (110), модуль Юнга вдоль направления [001] составляет 130,2 МПа, а в направлении [110] перпендикулярном направлению [001] составляет 168,9 МПа [4].For example, in a plate cut parallel to the (110) plane, the Young's modulus along the [001] direction is 130.2 MPa, and in the [110] direction perpendicular to the [001] direction is 168.9 MPa [4].

При этом экспериментально было установлено, что скорость резки кремниевой пластины толщиной 460 мкм при постоянной мощности лазерного излучения Р=80 Вт в направлении [001] составляет 42 мм/с, а в направлении

Figure 00000003
скорость резки составляет 35 мм/с.It was experimentally established that the cutting speed of a silicon wafer with a thickness of 460 μm at a constant laser power P = 80 W in the [001] direction is 42 mm / s, and in the direction
Figure 00000003
cutting speed is 35 mm / s.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного осуществлением нового действия и выбранным условием, при котором выполняют действия, характеризующие заявляемый способ, и не является частью уровня техники.A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known implementation of a new action and the selected condition under which the actions characterizing the claimed method are performed, and is not part of the prior art.

Таким образом, заявляемый способ разделения хрупких неметаллических материалов под действием термоупругих напряжений является новым и имеет изобретательский уровень.Thus, the inventive method for the separation of brittle non-metallic materials under the action of thermoelastic stresses is new and has an inventive step.

Заявляемый способ разделения хрупких неметаллических материалов под действием термоупругих напряжений является промышленно применимым, так как в случае его осуществления с помощью технических средств, известных в данной области техники, возможна реализация указанной области назначения.The inventive method for the separation of brittle non-metallic materials under the action of thermoelastic stresses is industrially applicable, since in the case of its implementation using technical means known in the art, it is possible to realize the specified destination.

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлена схема образования надреза с помощью лазерного пучка и хладагента в кристаллическом кремнии.The invention is illustrated by the figure, which shows a diagram of the formation of an incision using a laser beam and refrigerant in crystalline silicon.

Заявляемый способ разделения кристаллического кремния под действием термоупругих напряжений осуществляют следующим образом.The inventive method of separation of crystalline silicon under the action of thermoelastic stresses is as follows.

В начале осуществления способа определяют выбор направления резки относительно кристаллографической ориентации образца.At the beginning of the method, the choice of the cutting direction relative to the crystallographic orientation of the sample is determined.

Далее определяют соотношение скорости относительного перемещения лазерного пучка и материала и мощности лазерного излучения выбирают из условия:Next, the ratio of the relative velocity of the laser beam and the material and the laser radiation power is determined from the condition:

Figure 00000004
Figure 00000004

предварительно определив значение модуля Юнга E в направлении, перпендикулярном плоскости разделения по методике, изложенной в [4].having previously determined the value of Young's modulus E in the direction perpendicular to the separation plane according to the method described in [4].

Далее наносят предварительный надрез на обрабатываемой поверхности в начале контура обработки. Нагревают пластину из кристаллического кремния 1 с помощью лазерного пучка 2 до температуры, не превышающей температуры релаксации термоупругих напряжений и локально охлаждают зону нагрева хладагентом 3 в результате перемещения по обрабатываемой поверхности зон нагрева и охлаждения. При этом под действием формируемых термоупругих напряжений образуется трещина 4 (фиг.1).Next, a preliminary cut is made on the surface to be treated at the beginning of the processing circuit. A plate of crystalline silicon 1 is heated with a laser beam 2 to a temperature not exceeding the relaxation temperature of thermoelastic stresses and locally cool the heating zone with refrigerant 3 as a result of movement of the heating and cooling zones on the treated surface. In this case, under the action of the generated thermoelastic stresses, a crack 4 is formed (Fig. 1).

Ниже приведены конкретные примеры.The following are specific examples.

В качестве материала использовали пластины кристаллического кремния толщиной 460 мкм. В качестве средства перемещения был использован двухкоординатный стол с ходом перемещения 500×500 мм, обеспечивающий скорость перемещения в диапазоне от 0 до 100 мм/с. Для резки был использован АИГ-лазер с длиной волны излучения 1,06 мкм и с регулируемой мощностью от 0 до 100 Вт. Лазерное излучение фокусировали при помощи сферической оптики в пучок круглого сечения диаметром 1 мм.The material used was a plate of crystalline silicon with a thickness of 460 μm. As a means of moving, a two-coordinate table was used with a travel of 500 × 500 mm, providing a speed of movement in the range from 0 to 100 mm / s. For cutting, an AIG laser with a radiation wavelength of 1.06 μm and an adjustable power from 0 to 100 W was used. Laser radiation was focused using spherical optics into a round beam with a diameter of 1 mm.

При этом экспериментально было установлено, что скорость резки кремниевой пластины толщиной 460 мкм вырезанной в плоскости (110) при постоянной мощности лазерного излучения Р=80 Вт в направлении [001] составляет 42 мм/с, а в направлении

Figure 00000005
скорость резки составляет 35 мм/с.It was experimentally established that the cutting speed of a silicon wafer with a thickness of 460 μm cut in the (110) plane at a constant laser power of P = 80 W in the [001] direction is 42 mm / s, and in the direction
Figure 00000005
cutting speed is 35 mm / s.

Так же экспериментально установлено, что скорость резки кремниевой пластины толщиной 460 мкм вырезанной в плоскости (100) при постоянной мощности лазерного излучения Р=80 Вт в направлениях [001] и [010] составляет 35 мм/с.It was also experimentally established that the cutting speed of a 460 μm thick silicon wafer cut out in the (100) plane at a constant laser power of P = 80 W in the [001] and [010] directions is 35 mm / s.

Значение коэффициента к с учетом вышеперечисленных параметров составило 3·10-6 м/(Па·с·Вт).The value of the coefficient k, taking into account the above parameters, was 3 · 10 -6 m / (Pa · s · W).

Для сравнения было осуществлено разделение аналогичных образцов по способу, изложенному в прототипе. В ходе экспериментов было определено, что реализация процесса по способу, изложенному в прототипе, на практике приводит к ошибочному выбору технологических параметров лазерного термораскалывания и не позволяет осуществлять высококачественную резку пластин из кристаллического кремния.For comparison, the separation of similar samples was carried out according to the method described in the prototype. During the experiments, it was determined that the implementation of the process according to the method described in the prototype, in practice leads to an erroneous choice of technological parameters of laser thermal cracking and does not allow for high-quality cutting of wafers made of crystalline silicon.

Анализируя результаты проведенных экспериментальных исследований, можно сделать вывод, что предлагаемый способ разделения пластин из кристаллического кварца под действием термоупругих напряжений обеспечивает возможность формирования лазерно-индуцированных трещин с заданными одинаковыми геометрическими характеристиками при термораскалывании в различных кристаллографических направлениях пластин из кристаллического кремния.Analyzing the results of the experimental studies, we can conclude that the proposed method for separating crystalline quartz plates under the influence of thermoelastic stresses makes it possible to form laser-induced cracks with predetermined identical geometric characteristics when thermally cracked in different crystallographic directions of crystalline silicon wafers.

Источники информацииInformation sources

1. Мачулка Г.А. Лазерная обработка стекла. М.: Сов. Радио, 1979, с.48-67.1. Machulka G.A. Laser processing of glass. M .: Sov. Radio 1979, p. 48-67.

2. Патент РФ №2024441, МПК C03B 33/02, опубл. 1994.2. RF patent No. 2024441, IPC C03B 33/02, publ. 1994.

3. Патент РФ №2224648, МПК C03B 33/00, опубл. 2004 - прототип.3. RF patent No. 2224648, IPC C03B 33/00, publ. 2004 is a prototype.

4. Концевой Ю.А., Литвинов Ю.М., Фаттахов Э.А. Пластичность и прочность полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь. 1982. 240 с.4. Kontseva Yu.A., Litvinov Yu.M., Fattakhov E.A. Plasticity and strength of semiconductor materials and structures. M .: Radio and communication. 1982.240 s.

Claims (2)

1. Способ разделения кристаллического кремния под действием термоупругих напряжений, включающий выбор направления резки относительно кристаллографической ориентации кристаллического кремния, нанесение надреза по линии реза, лазерный нагрев линии реза до температуры, не превышающей температуру релаксации термоупругих напряжений, и локальное охлаждение зоны нагрева в результате перемещения по обрабатываемой поверхности зон нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что дополнительно определяют значение модуля Юнга в зависимости от направления резки относительно кристаллографической ориентации кристаллического кремния, а интенсивность нагрева изменяют путем изменения скорости относительного перемещения лазерного излучения и материала и/или мощности лазерного излучения пропорционально модулю Юнга в направлении, перпендикулярном плоскости разделения.1. A method of separating crystalline silicon under the action of thermoelastic stresses, including selecting a cutting direction relative to the crystallographic orientation of crystalline silicon, applying an incision along the cut line, laser heating the cut line to a temperature not exceeding the relaxation temperature of thermoelastic stresses, and local cooling of the heating zone as a result of moving along the processed surface of the heating and cooling zones, characterized in that they additionally determine the value of the Young's modulus depending on cutting conditions relative to the crystallographic orientation of crystalline silicon, and the heating intensity is changed by changing the relative velocity of the laser radiation and the material and / or laser radiation power in proportion to the Young's modulus in the direction perpendicular to the separation plane. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение скорости относительного перемещения лазерного пучка и материала и мощности лазерного излучения при лазерном разделении кристаллического кремния выбирают из условия
Figure 00000006

где ν - скорость относительного перемещения лазерного пучка и материала, м/с;
Р - мощность лазерного излучения, Вт;
k - коэффициент пропорциональности, равный 3·10-6 м/(Па·с·Вт);
Е - модуль Юнга в направлении, перпендикулярном плоскости разделения, ГПа.
2. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of the relative velocity of the laser beam and the material and the laser radiation power during laser separation of crystalline silicon is selected from the condition
Figure 00000006

where ν is the relative velocity of the laser beam and the material, m / s;
P is the laser radiation power, W;
k is the coefficient of proportionality equal to 3 · 10 -6 m / (Pa · s · W);
E - Young's modulus in the direction perpendicular to the separation plane, GPa.
RU2011111424/02A 2011-03-25 2011-03-25 Method of crystalline silicon separation by thermoelastic strains RU2497643C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011111424/02A RU2497643C2 (en) 2011-03-25 2011-03-25 Method of crystalline silicon separation by thermoelastic strains

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011111424/02A RU2497643C2 (en) 2011-03-25 2011-03-25 Method of crystalline silicon separation by thermoelastic strains

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011111424A RU2011111424A (en) 2012-09-27
RU2497643C2 true RU2497643C2 (en) 2013-11-10

Family

ID=47078189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011111424/02A RU2497643C2 (en) 2011-03-25 2011-03-25 Method of crystalline silicon separation by thermoelastic strains

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2497643C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781187C1 (en) * 2022-02-09 2022-10-07 Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Новатор" Method for automated cutting of quartz and silica fabrics by gas laser cutting

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110981175A (en) * 2019-12-27 2020-04-10 黄石瑞视光电技术股份有限公司 Ultrathin ITO glass cutting process of touch screen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2224648C1 (en) * 2002-09-03 2004-02-27 Кондратенко Владимир Степанович Method for cutting of brittle non-metallic materials
US20060076105A1 (en) * 2004-06-07 2006-04-13 Fujitsu Limited Method of cutting laminate, apparatus for manufacturing laminate, method of manufacturing laminate, and laminate
JP2010201479A (en) * 2009-03-05 2010-09-16 Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd Apparatus and method of laser beam machining
RU2404931C1 (en) * 2009-08-28 2010-11-27 Владимир Степанович Кондратенко Method of cutting plates from fragile materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2224648C1 (en) * 2002-09-03 2004-02-27 Кондратенко Владимир Степанович Method for cutting of brittle non-metallic materials
US20060076105A1 (en) * 2004-06-07 2006-04-13 Fujitsu Limited Method of cutting laminate, apparatus for manufacturing laminate, method of manufacturing laminate, and laminate
JP2010201479A (en) * 2009-03-05 2010-09-16 Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd Apparatus and method of laser beam machining
RU2404931C1 (en) * 2009-08-28 2010-11-27 Владимир Степанович Кондратенко Method of cutting plates from fragile materials

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781187C1 (en) * 2022-02-09 2022-10-07 Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Новатор" Method for automated cutting of quartz and silica fabrics by gas laser cutting

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011111424A (en) 2012-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gvozdev et al. Multiparametric optimization of laser cutting of steel sheets
US20230106978A1 (en) Method for separating a solid body
US11130200B2 (en) Combined laser treatment of a solid body to be split
US11309191B2 (en) Method for modifying substrates based on crystal lattice dislocation density
Zhao et al. Semiconductor laser asymmetry cutting glass with laser induced thermal-crack propagation
Barnes et al. Water-assisted laser thermal shock machining of alumina
US20150158117A1 (en) System and method for obtaining laminae made of a material having known optical transparency characteristics
Saman et al. A study on separating of a silicon wafer with moving laser beam by using thermal stress cleaving technique
RU2543222C1 (en) Dulling procedure for sharp edges of glassware
Cai et al. Laser cutting sandwich structure glass–silicon–glass wafer with laser induced thermal–crack propagation
Cheng et al. Laser beam induced thermal-crack propagation for asymmetric linear cutting of silicon wafer
RU2497643C2 (en) Method of crystalline silicon separation by thermoelastic strains
CN116568644A (en) Ceramic cutting method and device
TWI378900B (en) Method for cutting through plates made of mechanically brittle and non-metallic materials
Yamamoto et al. Three-dimensional thermal stress analysis on laser scribing of glass
Molian et al. Thermal stress fracture mode of CO 2 laser cutting of aluminum nitride
Yamamoto et al. Thermal stress analysis on laser scribing of glass
RU2478083C2 (en) Method of splitting crystalline quartz under effect of thermoelastic stress
Shalupaev et al. Two-beam laser thermal cleavage of brittle nonmetallic materials
Liu et al. Thermal stress cleaving of silicon wafer by pulsed Nd: YAG laser
RU2479496C2 (en) Method of separating fragile nonmetallic materials by thermo elastic strain
Shalupaev et al. Modeling of mechanical influence of double-beam laser on single-crystalline silicon
US20060145399A1 (en) Method for separating flat ceramic workpieces with a calculated radiation spot length
RU2224648C1 (en) Method for cutting of brittle non-metallic materials
Nikitjuk et al. Laser splitting of bilayer structures made of silicon wafers and glass substrates

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150326