作者：劉夢(mèng)宇1-3，湯泉1, 2，胡倫珍1, 2，侯玉強(qiáng)1, 2，郭慶川1-3

導(dǎo)語(yǔ)：在現(xiàn)代微電子和精密制造領(lǐng)域，硅晶圓和金剛石覆銅片因其獨(dú)特的物理和化學(xué)特性而被廣泛應(yīng)用。硅晶圓作為半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料，具有良好的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性；而金剛石覆銅片則結(jié)合了金剛石的高硬度和銅的良好導(dǎo)電性及熱傳導(dǎo)性，廣泛應(yīng)用于高性能散熱器和電子封裝中。然而，這些材料的高硬度和對(duì)加工精度的嚴(yán)格要求，使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法面臨諸多挑戰(zhàn)。本文將探討這兩種材料的屬性及其傳統(tǒng)加工方法的局限性，并介紹采用定制化硬質(zhì)材料激光切割設(shè)備結(jié)合同軸吹氣系統(tǒng)的激光加工技術(shù)如何克服這些難題。

一、材料屬性及傳統(tǒng)加工難度

硅晶圓：不同厚度的硅晶圓在加工時(shí)表現(xiàn)出不同的特性。薄型硅晶圓易碎且容易變形，而厚型硅晶圓則硬度較高，對(duì)表面平整度有更高要求。

圖1 硅晶圓片激光加工與表面形貌

金剛石覆銅片：由金剛石顆粒與銅基體復(fù)合而成，兼具金剛石的高硬度和銅的良好導(dǎo)電性及熱傳導(dǎo)性。其極高的硬度和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使得傳統(tǒng)加工方法難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的切割和打孔。

圖2 金剛石覆銅片樣品圖

傳統(tǒng)加工方法，如機(jī)械切割和鉆孔，存在以下問(wèn)題：

1.邊緣損傷：機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致邊緣破損，影響后續(xù)工藝。

2.加工效率低：難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。

3.適應(yīng)性差：對(duì)于超薄或復(fù)雜形狀的產(chǎn)品加工效果不佳。

二、激光加工的優(yōu)勢(shì)

激光加工技術(shù)以其非接觸式操作、高精度定位能力及靈活性，為硅晶圓和金剛石覆銅片的加工提供了新的解決方案：

1.高精度：通過(guò)精確控制激光束的能量分布，可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)甚至納米級(jí)別的精細(xì)加工。

2.減少材料損傷：激光加工能夠顯著降低對(duì)周圍材料的影響，保護(hù)結(jié)構(gòu)完整性。

3.提高生產(chǎn)效率：自動(dòng)化程度高的激光系統(tǒng)支持連續(xù)工作模式，大幅縮短了加工周期。

4.增強(qiáng)適應(yīng)性：無(wú)論是薄型還是厚型硅晶圓，或是復(fù)雜的金剛石覆銅片，激光都可以靈活調(diào)整參數(shù)以適應(yīng)各種加工需求。

此外，結(jié)合使用定制化的硬質(zhì)材料激光切割設(shè)備與同軸吹氣系統(tǒng)，可以在保證加工質(zhì)量的同時(shí)進(jìn)一步提升工作效率。同軸吹氣不僅有助于冷卻作用區(qū)域，還能有效清除產(chǎn)生的碎屑，保持加工環(huán)境清潔，確保加工過(guò)程更加順暢。

圖3 硅晶圓片方形切割與切割端面

圖4 硅晶圓片圓形切割與方形陣列切割

圖5 金剛石覆銅片的切割端面形貌圖

三、總結(jié)

綜上所述，針對(duì)硅晶圓和金剛石覆銅片這類高硬度材料，采用激光加工技術(shù)配合先進(jìn)的輔助設(shè)備，不僅可以解決傳統(tǒng)方法中存在的諸多問(wèn)題，還能夠在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下極大提高生產(chǎn)效率。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，激光加工將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)微電子和精密制造技術(shù)的發(fā)展。

轉(zhuǎn)自：柏逸激光

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