Abtragsfreies Trennen von kristallinem Silizium mit kontinuierlicher Laserstrahlung

Autor: Oliver Haupt

ISBN: 978-3-941416-40-6

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2009

Herausgeber der Reihe: Dietmar Kracht

Band-Nr.: LZH 03/2009

Umfang: 144 Seiten, 0 Abbildungen

Schlagworte: Laserstrahltrennen, kristallines Silizium, thermisch induzierte Spannungen, charakteristische Biegefestigkeit

Kurzfassung: Das Trennen von kristallinem Silizium mittels Laserstrahlung erfolgt in der Praxis durch Pulsabtrag. Je nach Pulsdauer stoßen diese Verfahren dabei hinsichtlich steigender Qualitätsanforderungen bei gleichzeitiger Reduzierung der Prozesszeiten an ihre Grenzen. Die Qualität der Bearbeitungskante beim Trennen von kristallinem Silizium hängt stark von thermisch und mechanisch induzierten Schädigungen ab. Deshalb wird die alternative Verfahrensentwicklung, bei der die gezielte thermische Spannungsinduzierung mittels Laserstrahlung genutzt wird, durchgeführt. Es werden die optischen Einflüsse bei der Bestrahlung mit kontinuierlicher Laserstrahlung bestimmt und durch experimentelle Untersuchungen verifiziert. Das Erwärmungsverhalten bei der Bestrahlung mit kontinuierlicher Laserstrahlung wird simuliert und die daraus abzuleitenden mechanischen Spannungen bestimmt. Anhand von experimentellen Untersuchungen wird die Rissausbildung und Rissfortführung detailliert beschrieben und dient als Basis zur Bestimmung der Prozessgrenzen beim thermisch induzierten Spannungstrennen von kristallinem Silizium. Da die Bearbeitungsqualität als wesentliches Merkmal zur Beurteilung eines Trennverfahren dient, wird in einer abschließenden Prozessqualifizierung das Trennverfahren mittels thermisch induzierter Spannungen mit alternativen Laser- und Sägetrennverfahren verglichen und hinsichtlich Qualität und Prozessgeschwindigkeit qualifiziert. In practice, the separation of crystalline silicon is accomplished by means of laser pulse ablation. Depending on the pulse duration, these processes are reaching their limits regarding cutting quality and process speed. The quality of a cut edge of crystalline silicon depends strongly on thermally and mechanically induced damages. Therefore, a process analysis of an alternative separation method based on thermally induced stress is done. The process of thermally induced stress is reliable and therefore a new cutting mechanism can be used. The optical influences with continuous laser radiation is determined theoretically and verified experimentally. The behaviour of crystalline silicon when heated during the irradiation is simulated, which is followed by a mechanically induced stress calculation. For experimental investigations, the controlled crack generation and crack dynamics are described in detail. The understanding of the crack dynamics is the basis for determining the process borders for thermally induced cutting of crystalline silicon. The edge and process quality are the main characteristics used for comparing the new thermally induced stress cutting process to different methods, such as the mechanical saw separation method or alternative laser methods. Requirement for the qualification are edge quality and effective processing speed.