哪些因素會(huì)影響激光切割碳化硅的質(zhì)量?
發(fā)布日期:2025-02-25 10:17 ????瀏覽量:
在工業(yè)加工領(lǐng)域,激光切割碳化硅技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛,但切割質(zhì)量受多種因素制約。了解這些因素,對(duì)提升切割效果、保障生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量意義重大。
一、激光參數(shù)
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波長(zhǎng):不同波長(zhǎng)的激光對(duì)碳化硅材料的吸收率不同。例如水導(dǎo)激光切割,由于水對(duì)激光吸收程度有差異,激光波長(zhǎng)受限,常用的是 1064nm、532nm、355nm 三種。不合適的波長(zhǎng),會(huì)降低能量利用率,導(dǎo)致切割不順暢,影響切割面的平整度與質(zhì)量。
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脈沖寬度:在隱形切割技術(shù)里,納秒脈沖激光用于碳化硅加工時(shí),因脈沖持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于碳化硅中電子和聲子之間的耦合時(shí)間(皮秒量級(jí)),產(chǎn)生了嚴(yán)重?zé)嵝?yīng),致使晶圓分離偏離方向、殘余應(yīng)力大,切割質(zhì)量大打折扣;而超短脈沖激光就能降低熱效應(yīng),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(jìn),會(huì)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(chǎn)生熱變形、熱損傷,出現(xiàn)微裂紋等缺陷,同樣影響切割質(zhì)量。
二、切割工藝
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切割方式:像水導(dǎo)激光切割,靠高壓水射流引導(dǎo)激光加工,水流的穩(wěn)定性極為關(guān)鍵,不穩(wěn)定水流會(huì)讓激光光路偏移,切割線就可能出現(xiàn)彎曲,影響切割精度;隱形切割是在晶片內(nèi)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(huì)導(dǎo)致晶圓分離失敗或產(chǎn)生額外損傷。
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切割速度:切割速度過快,激光作用時(shí)間短,材料不能充分吸收能量完成切割,容易出現(xiàn)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(kuò)大,會(huì)造成碳化硅材料性能劣化,降低切割質(zhì)量。
三、材料特性
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硬度與脆性:碳化硅莫氏硬度高達(dá) 9.5 級(jí),又兼具脆性。過硬的質(zhì)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(diǎn)的應(yīng)力沖擊,哪怕是激光產(chǎn)生的熱應(yīng)力,都極易產(chǎn)生裂紋,降低切割成品的良率。
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晶體結(jié)構(gòu):碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)影響激光能量的吸收與傳導(dǎo)。不同晶型的碳化硅,原子排列方式不同,對(duì)激光的響應(yīng)也存在差異,若切割工藝沒針對(duì)晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化,會(huì)出現(xiàn)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(dǎo)激光切割中,水流不僅能引導(dǎo)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(huì)加?。黄渌す馇懈罘绞较?,如果沒有合適的風(fēng)冷、液冷輔助,也很難保證切割質(zhì)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(dòng)情況等都會(huì)干擾激光光路和設(shè)備運(yùn)行。溫度濕度變化可能使光學(xué)鏡片起霧、變形,影響激光聚焦效果;振動(dòng)則會(huì)讓激光光斑晃動(dòng),致使切割精度受損。
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