哪些因素會影響激光切割碳化硅的質量?
發(fā)布日期:2025-02-25 10:17 ????瀏覽量:
在工業(yè)加工領域,激光切割碳化硅技術的應用越來越廣泛,但切割質量受多種因素制約。了解這些因素,對提升切割效果、保障生產效率和產品質量意義重大。
一、激光參數
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波長:不同波長的激光對碳化硅材料的吸收率不同。例如水導激光切割,由于水對激光吸收程度有差異,激光波長受限,常用的是 1064nm、532nm、355nm 三種。不合適的波長,會降低能量利用率,導致切割不順暢,影響切割面的平整度與質量。
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脈沖寬度:在隱形切割技術里,納秒脈沖激光用于碳化硅加工時,因脈沖持續(xù)時間遠長于碳化硅中電子和聲子之間的耦合時間(皮秒量級),產生了嚴重熱效應,致使晶圓分離偏離方向、殘余應力大,切割質量大打折扣;而超短脈沖激光就能降低熱效應,提升切割精度。
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功率:功率不足,激光能量難以有效破壞碳化硅的原子鍵,切割無法順利推進,會造成切割面粗糙、切口不整齊;功率過高,則可能引發(fā)過度的熱積累,使材料產生熱變形、熱損傷,出現微裂紋等缺陷,同樣影響切割質量。
二、切割工藝
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切割方式:像水導激光切割,靠高壓水射流引導激光加工,水流的穩(wěn)定性極為關鍵,不穩(wěn)定水流會讓激光光路偏移,切割線就可能出現彎曲,影響切割精度;隱形切割是在晶片內部形成改性層來剝離晶圓,若改性層形成的位置、厚度控制不好,也會導致晶圓分離失敗或產生額外損傷。
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切割速度:切割速度過快,激光作用時間短,材料不能充分吸收能量完成切割,容易出現切不透、邊緣鋸齒狀的情況;速度過慢,熱積累過多,熱影響區(qū)擴大,會造成碳化硅材料性能劣化,降低切割質量。
三、材料特性
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硬度與脆性:碳化硅莫氏硬度高達 9.5 級,又兼具脆性。過硬的質地使得激光切割難度增大,需要更高能量去破壞其原子鍵;脆性則意味著在切割過程中,一旦受到稍大一點的應力沖擊,哪怕是激光產生的熱應力,都極易產生裂紋,降低切割成品的良率。
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晶體結構:碳化硅的晶體結構影響激光能量的吸收與傳導。不同晶型的碳化硅,原子排列方式不同,對激光的響應也存在差異,若切割工藝沒針對晶體結構優(yōu)化,會出現切割不均勻、局部過熱等問題。
四、輔助工藝及環(huán)境
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冷卻條件:水導激光切割中,水流不僅能引導激光,還起到冷卻作用。缺乏良好冷卻,切割區(qū)域溫度過高,熱變形、熱損傷會加?。黄渌す馇懈罘绞较?,如果沒有合適的風冷、液冷輔助,也很難保證切割質量穩(wěn)定。
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加工環(huán)境穩(wěn)定性:環(huán)境的溫度、濕度、振動情況等都會干擾激光光路和設備運行。溫度濕度變化可能使光學鏡片起霧、變形,影響激光聚焦效果;振動則會讓激光光斑晃動,致使切割精度受損。
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