Thermisches Laserstrahlseparieren spröder Werkstoffe: Optimierung von Rissinitiierung und Rissausbreitung am Beispiel von Silicium
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2013
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INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT
XI
ABSTRACT
XIII
KURZFASSUNG
XV
1 EINLEITUNG UND MOTIVATION L
1.1 TREND ZU VERLUSTLOSEN TRENNTECHNOLOGIEII 2
1.2 AUFGABENSTELLUNG 4
1.3 AUFBAU DER ARBEIT 5
2 STAND DER TECHNIK: CHIP-VEREINZELUNG 7
2.1 DEFINITION WICHTIGER BEGRIFFE 7
2.2 ANFORDERUNGEN AN DIE VEREINZELUNG SI-BASIERTER CHIPS 9
2.3 VORBEREITUNG DER SI-SCHEIBEN FUER DIE CHIP-VEREINZELUNG 11
2.4 MECHANISCHE TRENNVERFAHREN 12
2.4.1 RITZEN UND BRECHEN 12
2.4.2 MECHANISCHES TRENNSCHLEIFEN 14
2.5 LASERBASIERTE TRENNVERFAHREN 16
2.5.1 MATERIALABTRAGENDE LASERTRENNVERFAHREN 17
2.5.2 ABTRAGSFREIE LASERTREIINVERFAHREN 22
2.6 PLASMAAETZVERFAHREN 27
2.7 ANDERE VERFAHREN 29
2.7.1 HYBRIDE TECHNOLOGIEN 29
2.7.2 TRENNEN DURCH DUENNEN VON DER RUECKSEITE 29
3 GRUNDLAGEN DES THERMISCHEN LASERSTRAHLSEPARIERENS 31
3.1 ERLAEUTERUNG DES TLS-PROZESSES 31
3.2 PHYSIKALISCHE STOFFEIGENSCHAFTEN VON SILICIUM 34
3.2.1 KRISTALLSTRUKTUR UND MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 34
3.2.2 THERMISCHE EIGENSCHAFTEN 36
3.2.3 OPTISCHE EIGENSCHAFTEN 37
3.3 MODELL ZUR SIMULATION DER TEMPERATURVERTEILUNG 41
3.4 EIGENSCHAFTEN VON SILICIUMSCHEIBEN 44
3.5 BRUCHVERHALTEN VON SILICIUM 46
3.5.1 HISTORISCHER ABRISS ZUR BRUCHMECHANIK 47
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VIII INHALTSVERZEICHNIS
3.5.2 DEFINITION WICHTIGER BEGRIFFE 47
3.5.3 SPROEDBRUCH 49
3.5.4 KONZEPTE DER BRUCHMECHANIK ZUR BESCHREIBUNG VON RISSINITI-
IERUNG UND RISSAUSBREITUNG 50
3.5.5 RISSAUSBREITUNGSGESCHWINDIGKEIT IN SILICIUM 55
4 MESS- UND ANALYSETECHNIK 57
4.1 LICHTMIKROSKOPIE 57
4.2 RASTER-ELEKTRONENMIKROSKOPIE 57
4.3 KONFOKALE LASER-RASTER-MIKROSKOPIE 58
4.4 RASTERKRAFTMIKROSKOPIE 59
4.5 SPAIMUNGSOPTISCHE MESSUNGEN 61
4.6 FRAKTOGRAPHIE ZUR ANALYSE VON TLS-BRUCHFLAECHEN 61
5 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUM THERMISCHEN LA
SERSTRAHLSEPARIEREN 65
5.1 VERSUCHSNIATERIAL UND VERSUCHSAUFBAU 65
5.2 GRUNDLEGENDE UNTERSUCHUNGEN ZUR RISSINITIIERUNG IN SILICIUM 67
5.2.1 ANRITZWERKZEUG RITZDIAMANT 68
5.2.2 ANRITZWERKZEUG KURZIMPULS-LASER 70
5.2.3 ANRITZWERKZEUG ATZPROZESS 71
5.3 GRUNDLEGENDE UNTERSUCHUNGEN ZUR RISSAUSBREITUNG IN SILICIUM .... 73
5.3.1 VARIATION VON TRENNPARAMETERN 74
5.3.2 VARIATION VON SCHEIBEUPARAINETERN 76
5.4 ANWENDUNG DES TLS FUER DIE GROEEENANPASSUNG KRISTALLINER SI-SCHEIBEN
77
6 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 83
6.1 ERGEBNISSE DER UNTERSUCHUNGEN ZUR RISSINITIIERUNG 83
6.1.1 ANRITZWERKZEUG RITZDIAMANT 83
6.1.2 ANRITZWERKZEUG KURZIMPULS-LASER 87
6.1.3 ANRITZWERKZEUG ATZPROZESS 90
6.1.4 SCHLUSSFOLGERUNG ZUR RISSINITIIERUNG 92
6.2 ERGEBNISSE DER UNTERSUCHUNGEN ZUR RISSAUSBREITUNG 93
6.2.1 TLS-RISSAUSBREITUNG IN ABHAENGIGKEIT VON TRENNPARAMETERN 93
6.2.2 TLS-RISSAUSBREITUNG IN ABHAENGIGKEIT VON SCHEIBENPARAMETERN 103
6.2.3 DISKUSSION BEOBACHTETER ANOMALIEN 111
6.2.4 SCHLUSSFOLGERUNG ZUR RISSAUSBREITUNG 118
6.3 ERGEBNISSE DER UNTERSUCHUNGEN ZUR GROESSENANPASSUNG
KRISTALLINER SI-SCHEIBEN 120
6.3.1 KANTENQUALITAET 120
6.3.2 PROZESSZEIT 122
6.3.3 DISKUSSION DER TLS-ERGEBNISSE ZUR GROESSENANPASSUNG 125
6.3.4 SCHLUSSFOLGERUNG ZUR GROESSENANPASSUNG MIT TLS 128
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 131
IX
LITERATURVERZEICHNIS 135
A ANHANG 145
A.L DEFINITIONEN ZUR RAUIGKEIT 145
A.2 DETAILS ZUM VERSUCHSAUFBAU 145
SYMBOLVERZEICHNIS 147
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 151
TABELLENVERZEICHNIS 157
INDEX 157
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