水導(dǎo)激光切割技術(shù)在切割碳化硅時(shí)的切割速度如何？

發(fā)布日期：2025-05-21 09:04 ????瀏覽量：

碳化硅（SiC）作為第三代半導(dǎo)體材料，憑借其高硬度（莫氏硬度9.5級(jí)）、耐高溫、高導(dǎo)熱性等特性，成為新能源汽車、5G通信及航空航天領(lǐng)域的核心材料。水導(dǎo)激光切割技術(shù)（LMJ）??憑借其獨(dú)特的非接觸式加工優(yōu)勢，顯著提升了碳化硅切割速度與質(zhì)量，成為行業(yè)技術(shù)革新的焦點(diǎn)。

一、水導(dǎo)激光切割技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)速度躍升？

1、激光-水射流協(xié)同作用機(jī)制

水導(dǎo)激光切割技術(shù)通過高壓水射流形成光波導(dǎo)，將激光能量精準(zhǔn)引導(dǎo)至切割區(qū)域。與傳統(tǒng)線鋸的機(jī)械摩擦切割不同，該技術(shù)利用激光的高能脈沖直接氣化材料，避免了機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的材料崩裂和磨蝕耗時(shí)。例如，傳統(tǒng)線鋸切割6英寸碳化硅晶錠需耗時(shí)100小時(shí)，而水導(dǎo)激光技術(shù)通過非接觸式加工，采用532nm波長激光配合20MPa水壓時(shí)，碳化硅切割速率可達(dá)10-15mm/s，將效率提升3-5倍，單次切割時(shí)間縮短至20小時(shí)以內(nèi)，且切口平整度優(yōu)于線鋸工藝。

2、冷卻與排屑

水流在切割過程中發(fā)揮雙重作用：

??冷卻作用??：碳化硅作為高硬度、高導(dǎo)熱材料，加工過程中易因局部高溫引發(fā)微裂紋或晶格畸變。水導(dǎo)激光技術(shù)中，高速水流持續(xù)冷卻切割區(qū)域，將材料表面溫度控制在500℃以下，避免相變或熱應(yīng)力累積。這一特性使得LMJ無需像干式激光切割頻繁停機(jī)降溫，保障切割過程連續(xù)高效。
??碎屑清除??：傳統(tǒng)線鋸切割產(chǎn)生的碳化硅碎屑易堵塞切割縫，導(dǎo)致線鋸磨損加劇甚至斷線。而LMJ技術(shù)中，高壓水射流可將切割碎屑瞬間沖刷出作用區(qū)域，減少二次沉積對(duì)激光能量的散射損耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有效的排屑設(shè)計(jì)可使切割速度額外提升15%-20%。

這一機(jī)制消除了傳統(tǒng)切割中頻繁停機(jī)清理碎屑的需求，使加工效率提升20%以上。

二、速度優(yōu)勢的量化對(duì)比

1、切割效率數(shù)據(jù)??

2、材料利用率提升??

傳統(tǒng)切割因機(jī)械磨損和切縫寬度限制，材料損失率高達(dá)46%。水導(dǎo)激光切割通過微米級(jí)路徑控制，將損耗降至80μm以下，單晶錠有效利用率從54%提升至92%，顯著降低碳化硅晶錠的噸均成本。

三、技術(shù)局限性與優(yōu)化方向

盡管水導(dǎo)激光切割速度優(yōu)勢顯著，其進(jìn)一步優(yōu)化仍受限于激光波長適配性。目前技術(shù)主要支持1064nm（紅外）、532nm（綠光）及355nm（紫外）三種波長，而水對(duì)不同波長激光的吸收率差異（如1064nm吸收率約0.1%/cm，532nm增至約2%/cm）直接影響能量傳輸效率。國內(nèi)企業(yè)如庫維科技正研發(fā)多頻段激光耦合技術(shù)，計(jì)劃擴(kuò)展至266nm（深紫外）波段，以提升對(duì)12英寸晶錠的切割能力。

隨著碳化硅在8英寸晶圓及功率器件中的規(guī)模化應(yīng)用，水導(dǎo)激光切割技術(shù)正從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)線。國際廠商如DISCO、國內(nèi)廠商庫維激光等已實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地，推動(dòng)碳化硅晶圓成本下降40%-50%。預(yù)計(jì)至2026年，LMJ技術(shù)將占據(jù)碳化硅切割市場60%份額，成為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)的核心驅(qū)動(dòng)力。

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