Aluminiumnitrid (AlN) dient als grundlegendes Wärmemanagementsubstrat für Halbleiter der dritten-Generation und Hochleistungselektronik. Allerdings stellt AlN aufgrund seiner extremen Vickers-Härte von 1200–1500 HV, seiner außergewöhnlichen Sprödigkeit und seiner schnellen Wärmeleitfähigkeit große Herausforderungen bei der Herstellung.
Herkömmliche Kontaktbearbeitungsmethoden-wie Diamantscheibentrennen und mechanisches Bohren-stoßen bei der kommerziellen Massenproduktion auf vier kritische Engpässe:
1. Absplitterungen und Mikro-risse durch mechanische Beanspruchung
Physische Kompression und Stöße durch mechanische Werkzeuge führen unweigerlich zu Mikro-Abplatzungen entlang der Substratkanten. Diese Mikrorisse unterhalb der Oberfläche breiten sich unter Betriebsbedingungen mit hoher Temperatur und hoher Spannung aus und führen schließlich zu einem thermischen Zusammenbruch oder katastrophalen Kurzschlüssen in den endgültigen Leistungsmodulen.
2. Hohe Werkzeugkosten und langwierige Forschungs- und Entwicklungszyklen
Die Bearbeitung komplexer geometrischer Konturen, schmaler Schlitze oder feiner Anordnungen von Mikrodurchkontaktierungen erfordert kundenspezifische, hochpräzise Werkzeuge. Dies verlängert die Durchlaufzeiten für die Prototypenerstellung auf mehrere Wochen und verursacht hohe Vorabgebühren für die Werkzeugeinrichtung, was die Produktiteration erheblich verlangsamt.
3. Dimensionsdrift und niedrige Ausbeuten
Wenn mechanische Schneidwerkzeuge verschleißen, kommt es zu einer physikalischen Verschiebung der Bearbeitungsmaße, wodurch die Chargenkonsistenz beeinträchtigt wird. Beim Umgang mit ultradünnen AlN-Blechen (z. B. 0,25 mm oder 0,38 mm) erhöhen Werkzeugvibrationen das Risiko einer Schichtablösung und eines Materialbruchs erheblich.
4. Engpässe in der Massenproduktion mit hohem-Volumen
Herkömmliches Würfeln und Bohren ist sehr zeitaufwändig und dauert oft mehrere Minuten, um eine einzelne standardmäßige 0,5-mm-AlN-Platte zu verarbeiten. Dieser geringe Durchsatz kann mit den massiven und schnellen Lieferanforderungen der Elektrofahrzeug- (EV IGBT), Photovoltaik- und 5G-Telekommunikationsbranche nicht Schritt halten.
Die Lösung: Kontaktlose-Laserpräzisionsbearbeitung
Um diese Hindernisse zu überwinden, hat sich das berührungslose Laser-Präzisionsschneiden als die allgemein anerkannte, optimale Lösung für die Ausweitung der Produktion moderner technischer Keramik herausgestellt.
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