Ceramika z tlenku glinu (Al₂O₃) jest szeroko stosowana w opakowaniach półprzewodników, elektronice mocy, modułach LED, urządzeniach RF, czujnikach i ceramicznych płytkach drukowanych ze względu na ich doskonałą izolację elektryczną, stabilność termiczną i wytrzymałość mechaniczną. Ponieważ elementy elektroniczne stale się kurczą, producenci są coraz częściej zobowiązani do wytwarzania-mikrootworów o dużej gęstości, z mniejszymi tolerancjami i wyższą niezawodnością.
Preferowanym rozwiązaniem do tego zadania stało się wiercenie laserowe. Wśród dostępnych metod najczęściej stosowanymi procesami są wiercenie laserowe i trepanowanie spiralne. Chociaż oba mogą wytwarzać precyzyjne mikrootwory, zostały zaprojektowane z myślą o różnych priorytetach produkcyjnych.
W tym artykule porównano obie techniki pod względem szybkości wiercenia, jakości otworów, wydajności produkcji i przydatności zastosowania, aby pomóc producentom wybrać właściwy proces.
Szybkie porównanie
| Wymóg | Zalecany proces |
| Najwyższa prędkość wiercenia | Wiercenie udarowe |
| Wiercenie wielkoformatowe | Wiercenie udarowe |
| Średnica otworu Większa lub równa 100 μm | Wiercenie udarowe |
| Średnica otworu<100 μm | Trepanacja spiralna |
| Niskie wymagania dotyczące stożka | Trepanacja spiralna |
| Minimalne odpryski krawędzi | Trepanacja spiralna |
| Opakowanie elektroniczne o wysokiej-niezawodności | Trepanacja spiralna |
| Thick alumina substrates (>1mm) | Trepanacja spiralna |
Ogólnie rzecz biorąc, wiercenie udarowe maksymalizuje wydajność, podczas gdy trepanacja spiralna zapewnia doskonałą jakość otworów i spójność wymiarową.
Co to jest wiercenie laserowe?
Laserowe wiercenie udarowe tworzy otwór poprzez skupienie wiązki lasera w ustalonej pozycji, podczas gdy wiele impulsów laserowych w sposób ciągły usuwa materiał, aż do całkowitego wniknięcia w podłoże.
Ponieważ laser pozostaje nieruchomy podczas wiercenia, ruch skanera jest zminimalizowany, co pozwala na niezwykle duże prędkości przetwarzania. W połączeniu ze skanowaniem galwanometrycznym i technologią wiercenia w locie, wiercenie udarowe jest szczególnie odpowiednie w przypadku dużych układów identycznych otworów.
Zalety
Niezwykle duża prędkość wiercenia
Idealny do-produkcji wysokoseryjnej
Skuteczny w przypadku cienkich podłoży z tlenku glinu
Kompatybilny z latającymi systemami wiertniczymi
Ograniczenia
Większy stożek otworu
Wyższe obciążenie termiczne
Większe ryzyko odprysków krawędzi i mikro-pęknięć
Mniej odpowiednie do bardzo-bardzo małych lub głębokich mikrootworów
Co to jest trepanacja spiralna?
Trepanacja spiralna usuwa materiał stopniowo wzdłuż zaprogramowanej ścieżki spiralnej. Zamiast koncentrować energię lasera w jednym punkcie, wiązka skanuje od środka w kierunku ostatecznej średnicy otworu warstwa po warstwie.
Chociaż proces ten wymaga dłuższego czasu obróbki, znacznie zmniejsza naprężenia termiczne i zapewnia lepszą kontrolę nad geometrią otworu.
Zalety
Doskonała okrągłość otworu
Niższy stożek
Minimalne odpryski krawędzi
Lepsza jakość ścian bocznych
Poprawiona stabilność procesu w zastosowaniach precyzyjnych
Ograniczenia
Mniejsza prędkość wiercenia
Niższa przepustowość w przypadku dużych układów otworów
Wyższy czas cyklu sprzętu
Dlaczego wiercenie udarowe jest szybsze?
Głównym powodem jest różnica w ruchu belki.
Podczas wiercenia udarowego laser pozostaje nieruchomy, a kolejne impulsy usuwają materiał pionowo przez podłoże. Ponieważ nie ma spiralnej ścieżki skanowania, proces minimalizuje ruch skanera i skraca cykl obróbki.
Natomiast trepanacja spiralna wymaga, aby laser w sposób ciągły podążał po okręgu podczas wielu obrotów, stopniowo powiększając otwór, aż do osiągnięcia pożądanej średnicy. Ten dodatkowy czas skanowania sprawia, że proces jest z natury wolniejszy.
W zoptymalizowanych warunkach produkcji systemy lasera światłowodowego QCW mogą osiągnąć prędkość wiercenia do 300 otworów na sekundę w przypadku cienkich podłoży z tlenku glinu o stosunkowo dużych średnicach otworów. Rzeczywista produktywność zależy od grubości materiału, średnicy otworu, źródła lasera i wymagań jakościowych.
Porównanie prędkości
| Element porównawczy | Wiercenie udarowe | Trepanacja spiralna |
| Cienkie podłoża (mniejsze lub równe 0,635 mm) | Doskonały | Dobry |
| Średnica otworu Większa lub równa 100 μm | Doskonały | Umiarkowany |
| Średnica otworu<100 μm | Umiarkowany | Doskonały |
| Układy dużych otworów | Doskonały | Umiarkowany |
| Ogólna przepustowość | Bardzo wysoki | Średni |
W zastosowaniach, w których głównym celem jest szybkość produkcji, preferowanym rozwiązaniem jest zwykle wiercenie udarowe.
Porównanie jakości otworów
Szybkość to tylko jeden aspekt wydajności produkcji. Jakość otworu często decyduje o wydajności produktu końcowego.
| Parametr jakości | Wiercenie udarowe | Trepanacja spiralna |
| Odpryski krawędzi | Umiarkowany | Niski |
| Zwężenie otworu | Wyższy | Niżej |
| Okrągłość | Dobry | Doskonały |
| Wykończenie ścian bocznych | Dobry | Doskonały |
| Uszkodzenia termiczne | Wyższy | Niżej |
| Spójność wymiarowa | Dobry | Doskonały |
Ponieważ trepanacja spiralna stopniowo usuwa materiał, generuje mniejsze naprężenia termiczne, co skutkuje czystszymi krawędziami otworów, mniejszym zbieżnością i lepszą konsystencją. W przypadku opakowań półprzewodników i innych zastosowań-o wysokiej niezawodności te zalety jakościowe często przewyższają mniejszą prędkość obróbki.
Wybór właściwego procesu
Najlepsza metoda wiercenia zależy od równowagi pomiędzy wydajnością i jakością.
Wybierz wiercenie udarowe, gdy:
Grubość tlenku glinu jest mniejsza lub równa 0,635 mm
Średnica otworu wynosi 100 μm lub więcej
Wymagana jest produkcja-na dużą skalę
Dopuszczalne jest lekkie zwężenie
Wydajność produkcji jest najwyższym priorytetem
Typowe zastosowania obejmują podłoża LED, ogólne płytki ceramiczne PCB i inne komponenty przemysłowe na dużą skalę.
WybieraćTrepanacja spiralnaGdy:
Średnica otworu jest mniejsza niż 100 μm
Wymagana jest ścisła tolerancja wymiarowa
Niska stożkowość i minimalne odpryski mają kluczowe znaczenie
Przetwarzane są grube podłoża z tlenku glinu
Wymagane jest-niezawodne opakowanie elektroniczne
Typowe zastosowania obejmują pakiety półprzewodników, moduły mocy, urządzenia RF, elektronikę samochodową i medyczne elementy ceramiczne.
Przepustowość a wydajność
Powszechnym błędnym przekonaniem jest to, że najszybszy proces wiercenia zawsze zapewnia najwyższą wydajność produkcyjną.
W praktyce producenci powinni skupiać się na kwalifikowanych częściach na godzinę, a nie tylko na dziurach na sekundę.
W przypadku standardowych produktów przemysłowych wiercenie udarowe często zapewnia najwyższą wydajność. Jednakże w zastosowaniach wymagających wyjątkowo małych otworów lub rygorystycznych norm jakości trepanacja spiralna zazwyczaj zapewnia wyższą ogólną wydajność poprzez redukcję defektów, poprawek i złomu.
Dlatego najbardziej produktywny proces to taki, który konsekwentnie dostarcza największą liczbę akceptowalnych części,-niekoniecznie najkrótszy czas wiercenia.
Wniosek
Zarówno laserowe wiercenie udarowe, jak i trepanacja spiralna odgrywają ważną rolę w mikrowierceniach w ceramice z tlenku glinu.
Wiercenie udarowe jest preferowanym wyborem dla producentów poszukujących maksymalnej wydajności na cienkich podłożach i większych mikrootworach. Z drugiej strony trepanacja spiralna zapewnia doskonałą geometrię otworów, mniejsze uszkodzenia termiczne i większą stabilność procesu w wymagających zastosowaniach elektronicznych i półprzewodników.
Zamiast pytać, który proces jest ogólnie lepszy, producenci powinni ocenić grubość podłoża, średnicę otworu, wymagania jakościowe i wielkość produkcji przed wybraniem najodpowiedniejszej metody wiercenia.YCLASERspecjalizować się wprecyzyjne rozwiązania w zakresie mikroobróbki laserowejdo zaawansowanych materiałów ceramicznych, w tym tlenku glinu (Al₂O₃), azotku glinu (AlN), tlenku cyrkonu (ZrO₂), azotku krzemu (Si₃N₄), węglika krzemu (SiC) i innej ceramiki technicznej.
Dzięki rozległemu doświadczeniu w zakresie cięcia laserowego, mikrowiercenia, trasowania i profilowania nasz zespół inżynierów pomaga klientom wybrać najodpowiedniejszy proces laserowy na podstawie właściwości materiału, specyfikacji otworów i wymagań produkcyjnych-zapewniając optymalną równowagę między jakością, wydajnością i kosztami.
Skontaktuj się z firmą YCLASER do testowania próbek i profesjonalnego wsparcia aplikacji.
