A técnica de corte a laser, que utiliza pulsos focados de laser para separar chips individuais de uma bolacha semicondutora, está se tornando cada vez mais popular em comparação com o corte mecânico. Isso se deve à sua capacidade de processar materiais delicados e de baixa resistência com um estresse físico mínimo. No entanto, para garantir um rendimento adequado, é necessário um controle preciso sobre o processo.

Quando os pulsos de laser são insuficientes, o wafer pode ficar apenas parcialmente cortado. Por outro lado, pulsos excessivos podem danificar o material ou a fita utilizada para segurá-lo. Embora existam técnicas para monitorar a profundidade de processamento, a maioria delas é lenta ou frágil para uso em linhas de produção.

Nova abordagem baseada em força de recuo

Um grupo de pesquisadores liderado pelo Professor Hirofumi Hidai, da Graduate School of Engineering da Universidade de Chiba, Japão, investigou um sinal diferente: a força de recuo. Essa força é a reação mínima gerada na superfície de um material quando ele é rapidamente aquecido e vaporizado por um pulso de laser.

O time incluiu os doutores Masataka Sato, Sho Itoh e Mutsumi Horikoshi, além de Souta Matsusaka, todos da Universidade de Chiba. Os resultados do estudo foram publicados na revista Optics and Laser Technology.

Experimentos e descobertas

Para testar sua hipótese, os pesquisadores realizaram experimentos de perfuração a laser em amostras de silício, utilizando um laser que emite pulsos extremamente curtos de luz, com duração de apenas 25 nanosegundos. Durante os testes, uma célula de carga sensível foi utilizada para registrar a força de recuo gerada à medida que o material vaporizado era expelido da amostra a cada pulso de laser.

Os pesquisadores observaram que a força aumentava de forma previsível com a energia do pulso e diminuía ao desfocar o laser, ou seja, ao mover o foco do laser para longe da superfície do wafer. Isso indicou uma relação matemática entre a força de recuo e as condições de processamento a laser.

“Ao medir diretamente a força de recuo, conseguimos detectar a profundidade de processamento e a penetração da amostra, permitindo observar as condições de processamento a laser em tempo real”, afirmou Hidai.

Com base nessa relação, os pesquisadores usaram pulsos repetidos de laser para perfurar mais fundo em um wafer de silício, acompanhando como a força de recuo mudava com a profundidade. À medida que a profundidade aumentava, a força de recuo diminuía de maneira constante e previsível. Quando o laser alcançou a penetração total através do wafer, o padrão mostrou uma mudança notável.

Esse sinal distinto indicou que o método poderia identificar o momento exato em que um wafer estava completamente cortado, sem a necessidade de inspeção física da amostra. Usando esse modelo, eles também conseguiram estimar a profundidade de processamento com um erro relativo de 24,3%, demonstrando que as medições da força de recuo podem fornecer informações práticas e em tempo real sobre o maquinário a laser.

Além de apresentar uma nova técnica de medição, os pesquisadores acreditam que seu trabalho pode melhorar significativamente a fabricação de dispositivos semicondutores e outros componentes de precisão. “Ao reduzir o sub ou sobreprocessamento, podemos minimizar produtos defeituosos, o que deve levar a um fornecimento estável e redução de custos para os dispositivos eletrônicos utilizados em smartphones, automóveis e equipamentos médicos”, concluiu Hidai.

O time prevê que a combinação dessa tecnologia com sistemas de processamento a laser pode abrir caminho para ferramentas de fabricação inteligentes, capazes de avaliar e ajustar automaticamente as condições de corte, resultando em uma produção mais rápida de eletrônicos de alto desempenho.