【導(dǎo)語】 在“雙碳”戰(zhàn)略與新能源汽車、5G通信、航空航天產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的共振下,碳化硅(SiC)作為第三代半導(dǎo)體的核心材料,正迎來屬于它的黃金時代。然而,材料性能的每一次飛躍,往往伴隨著加工難度的指數(shù)級提升。面對SiC“硬、脆、貴”的加工痛點,隆信激光憑借前沿的水導(dǎo)激光技術(shù),以“水光同軸”的創(chuàng)新工藝,為國產(chǎn)半導(dǎo)體制造提供了一套高精度、低損耗、高良率的終極解決方案。
01
行業(yè)痛點:為什么碳化硅是“最難啃的骨頭”?
碳化硅憑借高禁帶寬度、高擊穿場強(qiáng)和高熱導(dǎo)率,被譽為半導(dǎo)體界的“皇冠明珠”。但對于加工端而言,它卻是一場嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
1. 物理特性的天然壁壘 SiC的莫氏硬度高達(dá) 9.5,僅次于金剛石,同時具有極高的脆性和化學(xué)穩(wěn)定性,。這種“極硬且脆”的特性,使得傳統(tǒng)加工如同在玻璃上雕刻鉆石,稍有不慎便會導(dǎo)致材料報廢。
2. 傳統(tǒng)工藝的“三大死穴”
? 機(jī)械切割的效率瓶頸: 傳統(tǒng)的金剛石線鋸切割本質(zhì)上是機(jī)械磨削,存在刀具磨損快、加工效率低(切割6英寸晶錠往往耗時數(shù)十小時)的問題。更致命的是,機(jī)械應(yīng)力極易在晶圓表面誘發(fā)微裂紋和崩邊,導(dǎo)致昂貴的襯底材料良率難以提升,。
? 干式激光的熱損傷之殤: 傳統(tǒng)納秒或超快激光雖然速度較快,但依靠高能量瞬間氣化材料,不可避免地會產(chǎn)生熱影響區(qū)(HAZ)。這會導(dǎo)致切口邊緣氧化、碳化,甚至形成重鑄層和熱裂紋,嚴(yán)重影響芯片的抗折強(qiáng)度和電學(xué)性能,。
? 傳統(tǒng)蝕刻的局限性: 電火花加工(EDM)依賴材料導(dǎo)電性,無法處理非導(dǎo)電SiC復(fù)合材料;而化學(xué)蝕刻效率低下,難以應(yīng)對厚度較大的晶錠開方或深孔加工需求。
面對莫氏硬度高達(dá) 9.5 的碳化硅,傳統(tǒng)加工手段陷入了“效率與質(zhì)量難以兩全”的死胡同。行業(yè)因此發(fā)出了迫切的呼喚:急需一種能夠打破物理限制,同時實現(xiàn)“無熱損、無應(yīng)力、高精度”的革命性加工技術(shù),將碳化硅從“難加工材料”的名單中徹底解放出來。

圖1:碳化硅的加工歷史
02
極限挑戰(zhàn):打造第三代半導(dǎo)體加工的“完美切面”
隆信激光的水導(dǎo)激光設(shè)備,利用高壓水射流作為“液態(tài)光纖”引導(dǎo)激光束,實現(xiàn)了真正的“冷加工”。在針對碳化硅的實測中,我們交出了令人矚目的答卷:
1.極致的表面質(zhì)量 得益于水流的實時冷卻與沖刷作用,隆信激光設(shè)備加工后的SiC切面光滑如鏡。實測數(shù)據(jù)顯示,孔壁及切面粗糙度(Ra)可穩(wěn)定控制在 1μm 以下
2.零錐度與無損加工 在顯微鏡下觀察,加工邊緣銳利,無崩邊、無熱微裂紋、無重鑄層。對于深徑比要求極高的通孔加工,水導(dǎo)激光利用光束的全反射原理,解決了傳統(tǒng)激光焦點發(fā)散的問題,實現(xiàn)了接近零錐度(切割深徑比>100:1)的垂直切割。這不僅提升了單道工序的良率,更避免了因熱應(yīng)力殘留導(dǎo)致的后續(xù)封裝破片風(fēng)險。
更關(guān)鍵的是,水導(dǎo)激光的加工精度重復(fù)性達(dá)±3μm,大幅降低SiC器件在晶圓級微孔、槽道及異形結(jié)構(gòu)加工中的返工率。其無接觸、無應(yīng)力的工藝特性,完美適配第三代半導(dǎo)體對高潔凈度與低損傷的嚴(yán)苛要求。

03
隆信激光方案:以“光”換“鋸”,重塑成本結(jié)構(gòu)
在寸土寸金的半導(dǎo)體制造中,技術(shù)的價值最終體現(xiàn)在成本的優(yōu)化上。隆信激光方案的核心邏輯,在于通過技術(shù)升級實現(xiàn)“降本增效”。
1. 省材料:每一微米都是純利潤 碳化硅襯底價格高昂,傳統(tǒng)線切割的切縫寬、損耗大(材料損失率有時高達(dá)46%)。隆信激光的水導(dǎo)工藝將切縫寬度精準(zhǔn)控制在 50-90μm,。更窄的切縫意味著更低的切口損耗(Kerf Loss),在同樣的晶錠上,使用隆信設(shè)備可以產(chǎn)出更多的晶圓,“多切多得”,直接提升產(chǎn)出價值。
2. 省工序:縮短制程鏈條
? 免拋光級加工: 由于加工表面質(zhì)量極高,無掛渣和毛刺,加工后的工件往往無需進(jìn)行繁瑣的后道研磨和拋光工序,大幅縮短了生產(chǎn)周期。
? 提升器件可靠性: 無熱損傷的加工保留了材料原本的機(jī)械強(qiáng)度,顯著減少了芯片在后續(xù)封裝環(huán)節(jié)的破損率,間接降低了制造成本。
3. 提效率:更低的持有成本
? 耗材成本驟降: 設(shè)備運行主要耗材為純水和濾芯,無需頻繁更換昂貴的金剛石刀輪或鋸絲,長期運行成本顯著低于傳統(tǒng)機(jī)械加工。
? 加工速度飛躍: 相比傳統(tǒng)線鋸的“慢工”,水導(dǎo)激光實現(xiàn)了數(shù)倍的效率提升,且非接觸式加工避免了機(jī)械應(yīng)力帶來的耗材損耗。

圖2:碳化硅鉆孔
04
不僅僅是切割:一機(jī)多用的柔性制造平臺
隆信激光交付的不僅僅是一臺切割設(shè)備,而是一個面向未來的微納加工平臺,具備極高的工藝靈活性。
1. 全工藝覆蓋
? 晶圓劃片(Dicing): 輕松應(yīng)對各類SiC器件的精密分離,切道窄、崩邊小。
? 邊緣修整(Rolling): 對晶圓邊緣進(jìn)行高精度滾圓與修整,去除缺陷,提升晶圓利用率,。
? 精密制孔: 無論是通孔還是盲孔,均能實現(xiàn)高深徑比(>10:1)、無錐度的精密加工,完美適配TSV(硅通孔)等先進(jìn)封裝需求。
? 微結(jié)構(gòu)刻蝕: 支持復(fù)雜的表面微結(jié)構(gòu)開槽與刻蝕。
2.面向未來的尺寸兼容:隨著SiC產(chǎn)業(yè)向大尺寸演進(jìn),水導(dǎo)激光可以支持 6-8英寸 碳化硅晶錠及晶圓的加工。無論是當(dāng)前的量產(chǎn)需求,還是未來的產(chǎn)線擴(kuò)容,我們都已為您做好了技術(shù)儲備。
3.單臺設(shè)備綜合利用率高:單臺隆信水導(dǎo)激光設(shè)備可覆蓋晶圓劃片、微孔鉆削、三維槽道刻蝕等工藝,性能強(qiáng)大及單臺占地少,幫助企業(yè)更好實現(xiàn)柔性制造。

05
結(jié)語
在摩爾定律逼近物理極限的今天,先進(jìn)封裝與新型材料工藝已成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)突圍的關(guān)鍵。隆信激光致力于打破國外技術(shù)壟斷,通過持續(xù)的研發(fā)投入與工藝迭代,為中國半導(dǎo)體行業(yè)提供高性價比、自主可控的水導(dǎo)激光解決方案。
對于硬脆材料加工而言,精度是生命線,良率是利潤源。選擇隆信激光,即是選擇更高的良率、更低的單片成本與更短的回報周期。
【邀約測試】 耳聽為虛,眼見為實。隆信激光現(xiàn)已全面開放免費打樣測試服務(wù)。我們誠摯邀請您寄送樣品,親身體驗水導(dǎo)激光帶來的加工變革,用數(shù)據(jù)和實物驗證“降本增效”的真實潛力。
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