Gốm Alumina (Al₂O₃) được sử dụng rộng rãi trong bao bì bán dẫn, điện tử công suất, mô-đun LED, thiết bị RF, cảm biến và PCB gốm vì khả năng cách điện, ổn định nhiệt và độ bền cơ học tuyệt vời của chúng. Khi các linh kiện điện tử tiếp tục thu nhỏ, các nhà sản xuất ngày càng buộc phải tạo ra các lỗ vi mô có mật độ-cao với dung sai chặt chẽ hơn và độ tin cậy cao hơn.
Khoan laser đã trở thành giải pháp ưa thích cho nhiệm vụ này. Trong số các phương pháp hiện có, Khoan đập bằng laze và Khoan xoắn ốc là hai quy trình được sử dụng phổ biến nhất. Mặc dù cả hai đều có thể tạo ra các lỗ vi mô có độ chính xác cao nhưng chúng được thiết kế cho các ưu tiên sản xuất khác nhau.
Bài viết này so sánh hai kỹ thuật về tốc độ khoan, chất lượng lỗ, hiệu quả sản xuất và mức độ phù hợp ứng dụng để giúp nhà sản xuất lựa chọn quy trình phù hợp.
So sánh nhanh
| Yêu cầu | Quy trình được đề xuất |
| Tốc độ khoan cao nhất | Khoan gõ |
| Khoan mảng lớn | Khoan gõ |
| Đường kính lỗ Lớn hơn hoặc bằng 100 μm | Khoan gõ |
| Đường kính lỗ<100 μm | Khoan xoắn ốc |
| Yêu cầu độ côn thấp | Khoan xoắn ốc |
| Sứt mẻ cạnh tối thiểu | Khoan xoắn ốc |
| Bao bì điện tử có độ tin cậy-cao | Khoan xoắn ốc |
| Thick alumina substrates (>1mm) | Khoan xoắn ốc |
Nhìn chung, khoan đập tối đa hóa công suất, trong khi khoan xoắn ốc mang lại chất lượng lỗ vượt trội và tính nhất quán về kích thước.
Khoan bộ gõ bằng laser là gì?
Khoan đập bằng laser tạo ra một lỗ bằng cách tập trung chùm tia laser vào một vị trí cố định trong khi nhiều xung laser liên tục loại bỏ vật liệu cho đến khi lớp nền được xuyên thủng hoàn toàn.
Bởi vì tia laser vẫn đứng yên trong quá trình khoan nên chuyển động của máy quét được giảm thiểu, cho phép tốc độ xử lý cực nhanh. Kết hợp với công nghệ quét điện kế và khoan bay, khoan đập đặc biệt phù hợp với các mảng lỗ lớn giống hệt nhau.
Thuận lợi
Tốc độ khoan cực cao
Lý tưởng cho việc sản xuất-số lượng lớn
Hiệu quả đối với chất nền alumina mỏng
Tương thích với hệ thống khoan bay
Hạn chế
Độ côn lỗ lớn hơn
Căng thẳng nhiệt cao hơn
Nguy cơ sứt mẻ cạnh và nứt-vi mô cao hơn
Ít phù hợp hơn với các lỗ siêu nhỏ hoặc siêu nhỏ
Trepanning xoắn ốc là gì?
Khoan xoắn ốc loại bỏ vật liệu dần dần dọc theo đường xoắn ốc được lập trình. Thay vì tập trung năng lượng laser vào một điểm, chùm tia quét từ tâm về phía đường kính lỗ cuối cùng theo từng lớp.
Mặc dù quá trình này đòi hỏi thời gian gia công lâu hơn nhưng nó làm giảm đáng kể ứng suất nhiệt và mang lại khả năng kiểm soát hình dạng lỗ tốt hơn.
Thuận lợi
Độ tròn lỗ tuyệt vời
Độ côn dưới
Sứt mẻ cạnh tối thiểu
Chất lượng vách ngăn tốt hơn
Cải thiện độ ổn định của quy trình cho các ứng dụng chính xác
Hạn chế
Tốc độ khoan chậm hơn
Thông lượng thấp hơn cho mảng lỗ lớn
Thời gian chu kỳ thiết bị cao hơn
Tại sao khoan bộ gõ nhanh hơn?
Lý do chính là sự khác biệt trong chuyển động của chùm tia.
Trong quá trình khoan đập, tia laser vẫn cố định trong khi các xung liên tiếp sẽ loại bỏ vật liệu theo chiều dọc qua bề mặt. Vì không có đường quét xoắn ốc nên quy trình này giảm thiểu chuyển động của máy quét và rút ngắn chu trình gia công.
Ngược lại, khoan xoắn ốc đòi hỏi tia laser phải liên tục đi theo một đường tròn qua nhiều vòng quay, dần dần mở rộng lỗ cho đến khi đạt được đường kính mong muốn. Thời gian quét bổ sung này làm cho quá trình vốn đã chậm hơn.
Trong điều kiện sản xuất được tối ưu hóa, hệ thống laser sợi QCW có thể đạt tốc độ khoan lên tới 300 lỗ mỗi giây đối với chất nền alumina mỏng có đường kính lỗ tương đối lớn. Năng suất thực tế phụ thuộc vào độ dày vật liệu, đường kính lỗ, nguồn laser và yêu cầu chất lượng.
So sánh tốc độ
| Mục so sánh | Khoan gõ | Khoan xoắn ốc |
| Chất nền mỏng (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,635 mm) | Xuất sắc | Tốt |
| Đường kính lỗ Lớn hơn hoặc bằng 100 μm | Xuất sắc | Vừa phải |
| Đường kính lỗ<100 μm | Vừa phải | Xuất sắc |
| Mảng lỗ lớn | Xuất sắc | Vừa phải |
| Thông lượng tổng thể | Rất cao | Trung bình |
Đối với các ứng dụng mà tốc độ sản xuất là mục tiêu chính, khoan đập thường là giải pháp được ưu tiên.
So sánh chất lượng lỗ
Tốc độ chỉ là một khía cạnh của hiệu suất sản xuất. Chất lượng lỗ thường quyết định năng suất sản phẩm cuối cùng.
| Thông số chất lượng | Khoan gõ | Khoan xoắn ốc |
| Sứt mẻ cạnh | Vừa phải | Thấp |
| Độ côn lỗ | Cao hơn | Thấp hơn |
| Độ tròn | Tốt | Xuất sắc |
| Hoàn thiện vỉa hè | Tốt | Xuất sắc |
| Thiệt hại nhiệt | Cao hơn | Thấp hơn |
| Tính nhất quán về chiều | Tốt | Xuất sắc |
Do quá trình khoan xoắn ốc loại bỏ vật liệu dần dần nên nó tạo ra ứng suất nhiệt thấp hơn, dẫn đến các cạnh lỗ sạch hơn, độ côn nhỏ hơn và độ đồng nhất được cải thiện. Đối với bao bì bán dẫn và các ứng dụng có-độ tin cậy cao khác, những lợi thế về chất lượng này thường vượt trội hơn tốc độ gia công chậm hơn.
Chọn đúng quy trình
Phương pháp khoan tốt nhất phụ thuộc vào sự cân bằng giữa năng suất và chất lượng.
Chọn khoan đập khi:
Độ dày nhôm nhỏ hơn hoặc bằng 0,635 mm
Đường kính lỗ là 100 μm hoặc lớn hơn
Cần sản xuất số lượng lớn-
Độ côn nhẹ có thể chấp nhận được
Hiệu quả sản xuất là ưu tiên hàng đầu
Các ứng dụng điển hình bao gồm đế LED, PCB gốm thông thường và các bộ phận công nghiệp quy mô lớn khác.
ChọnKhoan xoắn ốcKhi:
Đường kính lỗ dưới 100 μm
Cần có dung sai kích thước chặt chẽ
Độ côn thấp và độ sứt mẻ tối thiểu là rất quan trọng
Chất nền alumina dày đang được xử lý
Cần có-bao bì điện tử có độ tin cậy cao
Các ứng dụng điển hình bao gồm gói bán dẫn, mô-đun điện, thiết bị RF, thiết bị điện tử ô tô và linh kiện gốm sứ y tế.
Thông lượng so với năng suất
Một quan niệm sai lầm phổ biến là quy trình khoan nhanh nhất luôn mang lại năng suất sản xuất cao nhất.
Trong thực tế, các nhà sản xuất nên tập trung vào các bộ phận chất lượng trên giờ chứ không chỉ đơn giản là lỗ trên giây.
Đối với các sản phẩm công nghiệp tiêu chuẩn, máy khoan đập thường mang lại sản lượng cao nhất. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng yêu cầu lỗ cực nhỏ hoặc tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt, khoan xoắn ốc thường tạo ra năng suất tổng thể cao hơn bằng cách giảm các khuyết tật, làm lại và phế liệu.
Do đó, quy trình hiệu quả nhất là quy trình cung cấp số lượng chi tiết có thể chấp nhận được nhiều nhất-không nhất thiết phải có thời gian khoan ngắn nhất.
Phần kết luận
Cả khoan đập bằng laser và khoan xoắn ốc đều đóng vai trò quan trọng trong khoan vi mô gốm alumina.
Khoan đập là lựa chọn ưu tiên cho các nhà sản xuất đang tìm kiếm công suất tối đa trên nền mỏng và các lỗ siêu nhỏ lớn hơn. Mặt khác, khoan xoắn ốc mang lại hình dạng lỗ vượt trội, tổn thất nhiệt thấp hơn và độ ổn định quy trình cao hơn cho các ứng dụng điện tử và bán dẫn đòi hỏi khắt khe.
Thay vì hỏi quy trình nào tốt hơn, các nhà sản xuất nên đánh giá độ dày bề mặt, đường kính lỗ, yêu cầu chất lượng và khối lượng sản xuất trước khi chọn phương pháp khoan thích hợp nhất.YCLASERchuyên vềgiải pháp gia công vi mô laser chính xáccho các vật liệu gốm tiên tiến, bao gồm alumina (Al₂O₃), nhôm nitride (AlN), zirconia (ZrO₂), silicon nitride (Si₃N₄), silicon Carbide (SiC) và các loại gốm kỹ thuật khác.
Với kinh nghiệm ứng dụng sâu rộng về cắt laze, khoan vi mô, vạch nét và tạo hình, nhóm kỹ thuật của chúng tôi giúp khách hàng lựa chọn quy trình laze phù hợp nhất dựa trên đặc tính vật liệu, thông số lỗ và yêu cầu sản xuất-đảm bảo sự cân bằng tối ưu giữa chất lượng, hiệu quả và chi phí.
Liên hệ với YCLASER để thử nghiệm mẫu và hỗ trợ ứng dụng chuyên nghiệp.
