El mecanizado por láser de sustratos cerámicos GaN metalizados y quebradizos es una de las aplicaciones electrónicas más exigentes. En este caso se ha realizado con un ProtoLaser R4 de LPKF.
Fig. 1: La muestra de ensayo sienta nuevas bases en cuanto a la miniaturización de los recortes de muestra y la resolución del micrograbado de la capa superior. Las esquinas exteriores están deliberadamente redondeadasEl sustrato de nitruro de galio(GaN) puede utilizarse en circuitos de potencia y electrónica de alta frecuencia para la comunicación inalámbrica. Cada vez se tiene más en cuenta en lugar de sustratos de silicio en el desarrollo de electrónica de potencia para chips y circuitos. Entre sus ámbitos de aplicación se encuentran la 5G, la industria aeroespacial militar y civil y las comunicaciones por satélite.
Sin embargo, los materiales cerámicos metalizados basados en nitruro de galio plantean un reto para el procesamiento de materiales si se coloca una fina capa conductora metálica sobre un sustrato cerámico grueso y quebradizo y ambos deben procesarse con una sola máquina. Con el ProtoLaser R4, esto se puede realizar fácilmente en investigación y desarrollo, tanto en la creación de prototipos como para series pequeñas.
Para procesar ambas capas de material de forma rápida y limpia -independientemente de las propiedades muy diferentes de los materiales y de las especificaciones finales requeridas- se requiere la precisión, adaptabilidad y sintonización de un sistema de procesamiento. El R4 se desarrolló para el procesamiento por láser de materiales nuevos y especiales en investigación.
Con su láser de picosegundos, permite la estructuración de alta precisión de sustratos sensibles y el corte de sustratos técnicos endurecidos o cocidos, por lo que es la herramienta ideal para GaN. El sistema corta y ablaciona los materiales deseados "en frío", con suavidad y precisión, sin apenas aporte de calor en el material vecino.
En el proceso basado en láser, dos pasos de fabricación tradicionalmente separados -el corte del sustrato cerámico y el grabado de la capa conductora- pueden sustituirse por un único paso sin contacto y sin productos químicos. Así lo demuestran los estudios de viabilidad realizados por el Dr. Jaka Mur (Universidad de Liubliana, Eslovenia).
En primer lugar, el ProtoLaser R4 cortó el material cerámico sin grietas ni astillas y, a continuación, llevó a cabo inmediatamente la microestructuración de la capa superior, que en este caso era de oro, sin ninguna otra intervención del usuario. La potencia del láser y la energía de impulso se ajustaron para adaptarse a la aplicación específica.
Este proceso es sólo una de las muchas aplicaciones posibles, aunque especializadas. El R4 también es adecuado para cortar, taladrar y estructurar con gran precisión materiales típicos de la electrónica de alta frecuencia, PTFE, laminados flexibles de PCB de doble cara, capas finas de metal sobre vidrio, etc.
