水導激光切割技術在切割碳化硅時的切割速度如何？

發(fā)布日期：2025-05-21 09:04 ????瀏覽量：

碳化硅（SiC）作為第三代半導體材料，憑借其高硬度（莫氏硬度9.5級）、耐高溫、高導熱性等特性，成為新能源汽車、5G通信及航空航天領域的核心材料。水導激光切割技術（LMJ）??憑借其獨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量，成為行業(yè)技術革新的焦點。

一、水導激光切割技術如何實現(xiàn)速度躍升？

1、激光-水射流協(xié)同作用機制

水導激光切割技術通過高壓水射流形成光波導，將激光能量精準引導至切割區(qū)域。與傳統(tǒng)線鋸的機械摩擦切割不同，該技術利用激光的高能脈沖直接氣化材料，避免了機械應力導致的材料崩裂和磨蝕耗時。例如，傳統(tǒng)線鋸切割6英寸碳化硅晶錠需耗時100小時，而水導激光技術通過非接觸式加工，采用532nm波長激光配合20MPa水壓時，碳化硅切割速率可達10-15mm/s，將效率提升3-5倍，單次切割時間縮短至20小時以內，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。水導激光技術中，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，避免相變或熱應力累積。這一特性使得LMJ無需像干式激光切割頻繁停機降溫，保障切割過程連續(xù)高效。
??碎屑清除??：傳統(tǒng)線鋸切割產生的碳化硅碎屑易堵塞切割縫，導致線鋸磨損加劇甚至斷線。而LMJ技術中，高壓水射流可將切割碎屑瞬間沖刷出作用區(qū)域，減少二次沉積對激光能量的散射損耗。據(jù)統(tǒng)計，有效的排屑設計可使切割速度額外提升15%-20%。

這一機制消除了傳統(tǒng)切割中頻繁停機清理碎屑的需求，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)切割因機械磨損和切縫寬度限制，材料損失率高達46%。水導激光切割通過微米級路徑控制，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、技術局限性與優(yōu)化方向

盡管水導激光切割速度優(yōu)勢顯著，其進一步優(yōu)化仍受限于激光波長適配性。目前技術主要支持1064nm（紅外）、532nm（綠光）及355nm（紫外）三種波長，而水對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。國內企業(yè)如庫維科技正研發(fā)多頻段激光耦合技術，計劃擴展至266nm（深紫外）波段，以提升對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)模化應用，水導激光切割技術正從實驗室走向產線。國際廠商如DISCO、國內廠商庫維激光等已實現(xiàn)該技術的產業(yè)化落地，推動碳化硅晶圓成本下降40%-50%。預計至2026年，LMJ技術將占據(jù)碳化硅切割市場60%份額，成為第三代半導體產業(yè)鏈升級的核心驅動力。

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