隨著半導(dǎo)體行業(yè)的迅猛發(fā)展，碳化硅（SiC）憑借優(yōu)異的電氣特性和熱導(dǎo)率，逐漸成為電動汽車、可再生能源和高效能電子器件等領(lǐng)域的優(yōu)選材料。然而，碳化硅加工難度較高，傳統(tǒng)機(jī)械切割工藝受限于效率低與質(zhì)量不穩(wěn)定的挑戰(zhàn)，促使皮秒激光技術(shù)成為焦點(diǎn)。
皮秒激光器以超短脈沖持續(xù)時(shí)間（皮秒級）釋放巨大的峰值功率，可以顯著減少加工過程中的熱影響區(qū)，幾乎無熱損傷，確保了高精度與材料完整性。這一先進(jìn)技術(shù)為碳化硅的精密加工開辟了新路徑，展現(xiàn)出巨大的市場潛力與應(yīng)用前景。
圖1：碳化硅實(shí)物
碳化硅迎投資熱潮激光加速生產(chǎn)效能
碳化硅具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，兼具優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì)。其禁帶寬度是硅的2-3倍，砷化鎵的1.6-2.3倍；臨界場強(qiáng)更是硅與砷化鎵的約10倍；而飽和電子漂移速率亦達(dá)到硅和砷化鎵的2倍之多。
作為第三代半導(dǎo)體材料，碳化硅具有更廣闊的應(yīng)用潛力。當(dāng)前，碳化硅已深入電力電子器件與微機(jī)電系統(tǒng)的核心制造領(lǐng)域，尤其在光伏系統(tǒng)中，碳化硅基電力電子器件以其更高的逆變效率與更優(yōu)的功率重量比，引領(lǐng)行業(yè)前行。同時(shí)，憑借獨(dú)特的光學(xué)特性，碳化硅還在光電器件制造及高溫吸波材料領(lǐng)域大放異彩。
然而，碳化硅是一種極為硬質(zhì)的材料，其莫氏硬度超9，僅次于鉆石。這種硬度雖賦予其優(yōu)異的耐磨與耐高溫性能，卻也向傳統(tǒng)機(jī)械加工方法提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，尤其是在追求高精度與復(fù)雜形狀加工的領(lǐng)域。
在此背景下，皮秒激光切割技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，不僅實(shí)現(xiàn)了碳化硅的精準(zhǔn)切割，更通過精細(xì)調(diào)控激光參數(shù)（如功率、脈沖重復(fù)頻率及掃描速度），優(yōu)化了切割流程，降低了加工損傷，提升了切割速度與加工質(zhì)量。在半導(dǎo)體設(shè)備、汽車電子及航空航天等高端制造領(lǐng)域，皮秒激光技術(shù)憑借上述五大優(yōu)勢已成為制造高性能碳化硅組件不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，其獨(dú)特優(yōu)勢無可替代。
圖2：碳化硅晶圓
15瓦百皮秒紅外激光器個(gè)性化解決方案
皮秒激光器產(chǎn)生的激光脈沖持續(xù)時(shí)間極短，一般在皮秒（10-12秒）級別，這使得激光脈沖在材料表面的作用時(shí)間極短，大大限制了熱量擴(kuò)散到材料其他部分，從而降低了熱影響區(qū)域和熱應(yīng)力，減少了微裂紋和物理變形的風(fēng)險(xiǎn)，確保了加工精度與質(zhì)量的雙重提升。
此外，皮秒激光器具有非常高的加工靈活性，能夠輕松適應(yīng)多樣化的應(yīng)用需求與材料特性，在3C電子、光學(xué)元件、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，均可實(shí)現(xiàn)高精度的切割和雕刻，為各行業(yè)帶來前所未有的加工體驗(yàn)。
凱普林針對加工需求，精心打造了15瓦紅外皮秒激光器Topaz-1064-15p，可進(jìn)行個(gè)性化定制。該激光器波長為1064 nm，脈寬覆蓋10 ps～150 ps，重復(fù)頻率則在5 kHz～1000 kHz間自由設(shè)定，平均功率>15 W@50 kHz。它支持脈沖串?dāng)?shù)量1~10可選，M2<1.4，發(fā)散角 <1mrad，光斑尺寸精準(zhǔn)控制于2.5±0.2 mm，指向性 <50 urad，確保每一次加工都精準(zhǔn)無誤。
圖3：凱普林15W百皮秒紅外激光器
實(shí)際應(yīng)用中，凱普林皮秒激光展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，不僅大幅提升加工速度，更在產(chǎn)品質(zhì)量的一致性與產(chǎn)出率上實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。通過掃描電子顯微鏡的圖像分析顯示，皮秒激光處理的邊緣更為光滑，幾乎無微裂紋產(chǎn)生。
在碳化硅等硬脆材料的切割領(lǐng)域，凱普林皮秒激光器更是實(shí)力非凡。其超短脈沖在加工過程中產(chǎn)生的極小熱影響，確保了碳化硅表面光潔度與精確的加工質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了材料的高效去除與切割，大大提升了生產(chǎn)效率和材料利用率。此外，其高光束質(zhì)量和可控的脈沖寬度，確保了在不損傷材料的前提下，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)加工，滿足了現(xiàn)代制造業(yè)對高性能與可持續(xù)發(fā)展的雙重追求。
凱普林超快激光器憑借其優(yōu)越特性，不僅優(yōu)化了碳化硅加工流程，還為制造業(yè)開創(chuàng)了節(jié)能環(huán)保的技術(shù)新路徑，符合現(xiàn)代制造業(yè)對高性能和可持續(xù)發(fā)展的需求。其穩(wěn)定性和低成本優(yōu)勢，預(yù)示著它將成為碳化硅加工行業(yè)的關(guān)鍵裝備，引領(lǐng)行業(yè)變革。
圖4：凱普林激光器加工碳化硅結(jié)果
隨著電動汽車與高功率電子設(shè)備的迅猛發(fā)展，碳化硅的市場需求與日俱增，預(yù)計(jì)至2030年，其市場規(guī)模將躍升至百億級別。特別是在碳化硅晶片的切割、劃線和薄膜剝離等工序中，皮秒激光技術(shù)已成為行業(yè)公認(rèn)的首選方案，并將在未來的材料加工技術(shù)革新中扮演更加重要的角色。
展望未來，隨著超快激光技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的進(jìn)一步降低，皮秒激光技術(shù)在碳化硅以及其他先進(jìn)材料的加工中的應(yīng)用將更加廣泛，超快激光加工技術(shù)的創(chuàng)新也將為半導(dǎo)體和電子行業(yè)帶來更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
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