Finite element modeling and multi-objective optimization of 4 H-SiC wafer cutting using nanosecond UV laser: quality prediction and experimental validation

Diese Studie konzentriert sich auf die Finite-Elemente-Modellierung und multiobjektive Optimierung des 4H-SiC-Waferschneidens mit Nanosekunden-UV-Laser. Die Forschung zielt darauf ab, die Qualität des Schneidprozesses vorherzusagen und zu validieren, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Verringerung thermischer Schäden liegt. Die Studie nutzt eine raumfüllende Designmethodik, um Experimente effizient zu planen und die Zeit und Kosten, die mit herkömmlichen vollfaktoriellen Methoden verbunden sind, deutlich zu reduzieren. Mit der Simulationssoftware ANSYS wurde ein 3D-Siliziumkarbid-Modell erstellt, das die thermischen Eigenschaften des Materials berücksichtigt, um ein zuverlässiges Vorhersagemodell für Laserschneidergebnisse zu erstellen. Die Studie führt außerdem einen multiobjektiven, umfassenden Bewertungsansatz ein, der experimentelle faktorbedingte Fehler minimiert. Die Ergebnisse zeigen, dass optimierte Laserschneidparameter die Chipstärke im Vergleich zu Basisparametern um 23,43% verbessern können. Darüber hinaus untersucht die Studie die Auswirkungen optimierter Parameter auf verschiedene Qualitätsindikatoren wie Schnitttiefe, Breite und Wärmeeinflussbereich. Die Forschung endet mit einer detaillierten Analyse des Qualitätsverbesserungsbereichs der Düse, wobei die Bedeutung von Laserparametern mit geringem thermischen Schaden für die Verbesserung der Chipfestigkeit und der Gesamtqualität hervorgehoben wird.