作者：劉夢宇1-3，湯泉1, 2，胡倫珍1, 2，侯玉強1, 2，郭慶川1-3

導語：在現(xiàn)代微電子和精密制造領域，硅晶圓和金剛石覆銅片因其獨特的物理和化學特性而被廣泛應用。硅晶圓作為半導體器件的基礎材料，具有良好的導電性和熱穩(wěn)定性；而金剛石覆銅片則結合了金剛石的高硬度和銅的良好導電性及熱傳導性，廣泛應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加工精度的嚴格要求，使得傳統(tǒng)的機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材料激光切割設備結合同軸吹氣系統(tǒng)的激光加工技術如何克服這些難題。

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合而成，兼具金剛石的高硬度和銅的良好導電性及熱傳導性。其極高的硬度和復雜的結構使得傳統(tǒng)加工方法難以實現(xiàn)高質量的切割和打孔。

圖2 金剛石覆銅片樣品圖

傳統(tǒng)加工方法，如機械切割和鉆孔，存在以下問題：

1.邊緣損傷：機械應力導致邊緣破損，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.適應性差：對于超薄或復雜形狀的產(chǎn)品加工效果不佳。

二、激光加工的優(yōu)勢

激光加工技術以其非接觸式操作、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：通過精確控制激光束的能量分布，可以實現(xiàn)微米級甚至納米級別的精細加工。

2.減少材料損傷：激光加工能夠顯著降低對周圍材料的影響，保護結構完整性。

3.提高生產(chǎn)效率：自動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.增強適應性：無論是薄型還是厚型硅晶圓，或是復雜的金剛石覆銅片，激光都可以靈活調整參數(shù)以適應各種加工需求。

此外，結合使用定制化的硬質材料激光切割設備與同軸吹氣系統(tǒng)，可以在保證加工質量的同時進一步提升工作效率。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

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

轉自：柏逸激光

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