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哪些因素会影响激光切割碳化硅的质量?
发布日期:2025-02-25 10:17     浏览量:
在工业加工领域,激光切割碳化硅技术的应用越来越广泛,但切割质量受多种因素制约。了解这些因素,对提升切割效果、保障生产效率和产品质量意义重大。

一、激光参数

  • 波长:不同波长的激光对碳化硅材料的吸收率不同。例如水导激光切割,由于水对激光吸收程度有差异,激光波长受限,常用的是 1064nm、532nm、355nm 三种。不合适的波长,会降低能量利用率,导致切割不顺畅,影响切割面的平整度与质量。
  • 脉冲宽度:在隐形切割技术里,纳秒脉冲激光用于碳化硅加工时,因脉冲持续时间远长于碳化硅中电子和声子之间的耦合时间(皮秒量级),产生了严重热效应,致使晶圆分离偏离方向、残余应力大,切割质量大打折扣;而超短脉冲激光就能降低热效应,提升切割精度。
  • 功率:功率不足,激光能量难以有效破坏碳化硅的原子键,切割无法顺利推进,会造成切割面粗糙、切口不整齐;功率过高,则可能引发过度的热积累,使材料产生热变形、热损伤,出现微裂纹等缺陷,同样影响切割质量。

二、切割工艺

  • 切割方式:像水导激光切割,靠高压水射流引导激光加工,水流的稳定性极为关键,不稳定水流会让激光光路偏移,切割线就可能出现弯曲,影响切割精度;隐形切割是在晶片内部形成改性层来剥离晶圆,若改性层形成的位置、厚度控制不好,也会导致晶圆分离失败或产生额外损伤。
  • 切割速度:切割速度过快,激光作用时间短,材料不能充分吸收能量完成切割,容易出现切不透、边缘锯齿状的情况;速度过慢,热积累过多,热影响区扩大,会造成碳化硅材料性能劣化,降低切割质量。

三、材料特性

  • 硬度与脆性:碳化硅莫氏硬度高达 9.5 级,又兼具脆性。过硬的质地使得激光切割难度增大,需要更高能量去破坏其原子键;脆性则意味着在切割过程中,一旦受到稍大一点的应力冲击,哪怕是激光产生的热应力,都极易产生裂纹,降低切割成品的良率。
  • 晶体结构:碳化硅的晶体结构影响激光能量的吸收与传导。不同晶型的碳化硅,原子排列方式不同,对激光的响应也存在差异,若切割工艺没针对晶体结构优化,会出现切割不均匀、局部过热等问题。

四、辅助工艺及环境

  • 冷却条件:水导激光切割中,水流不仅能引导激光,还起到冷却作用。缺乏良好冷却,切割区域温度过高,热变形、热损伤会加剧;其他激光切割方式下,如果没有合适的风冷、液冷辅助,也很难保证切割质量稳定。
  • 加工环境稳定性:环境的温度、湿度、振动情况等都会干扰激光光路和设备运行。温度湿度变化可能使光学镜片起雾、变形,影响激光聚焦效果;振动则会让激光光斑晃动,致使切割精度受损。

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