5月8日，中國電子旗下中國長城鄭州軌道交通信息技術(shù)研究院和河南通用智能裝備有限公司，歷時一年，聯(lián)合攻關(guān)，成功研制我國首臺半導(dǎo)體激光隱形晶圓切割機，實現(xiàn)了在這方面“零的突破”。

半導(dǎo)體激光隱形晶圓切割機

此次我國半導(dǎo)體激光隱形晶圓切割技術(shù)取得實質(zhì)性重大突破，也就意味著相關(guān)裝備依賴進口的局面即將打破，對進一步提高我國智能裝備制造能力具有著里程碑式的意義。

靈魂拷問——你眼中的激光切割是怎樣的？

從愛因斯坦的激光理論提出到現(xiàn)在，激光從誕生到應(yīng)用，經(jīng)歷了100多年的演變和發(fā)展，它被譽為“最快的刀、最準的尺、最亮的光”。

與傳統(tǒng)的切割方式相比，激光切割屬于非接觸式加工，可以避免對晶體硅表面造成損傷，并且具有加工精度高、加工效率高等特點，可以大幅提升芯片生產(chǎn)制造的質(zhì)量、效率、效益。

“削鐵如泥”的激光切割

就是它字面的意思，激光切割就是一種利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束切割材料的技術(shù)。而且，激光切割屬于熱切割的一種。為什么這么說？讓我們詳細了解一下激光切割的原理。

激光切割系統(tǒng)是通過使用激光聚焦系統(tǒng)，將高能激光聚焦到材料表面，材料吸收激光能量導(dǎo)致局部被加熱到熔點以上。同時，同軸高壓氣體或產(chǎn)生的蒸汽將熔融的金屬吹離，在材料表面產(chǎn)生空洞。隨著激光沿著設(shè)定程序的移動，最終將材料切割出對應(yīng)圖案的形狀。

四大激光切割類型 適用多種應(yīng)用場景

一般來說，激光切割可分為激光氣化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。這四種激光切割方法的切割功率及功率密度不同，使其可以適用于不同的工業(yè)應(yīng)用場景。

激光氣化切割利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時間內(nèi)達到材料的沸點，材料開始汽化，形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時，在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割時需要很大的功率和功率密度。

激光汽化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料(如紙、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。

激光融化切割這種切割方式的原理是激光輻照導(dǎo)致材料熔化，與光束同軸的噴嘴噴吹有較大壓力的非氧化性氣體（Ar、He、N2等）使液態(tài)金屬排出，形成切口。

激光熔化切割不需要使金屬完全氣化，所需能量也只有氣化切割的1/10，因此這種切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。

激光氧氣切割激光氧氣切割原理是用氧氣與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱，同時，被激光熔融的材料又被氧氣從反應(yīng)區(qū)吹出并形成切口。

氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，使得這種方法所需能量只是熔化切割的1/2，但切割速度比氣化切割和熔化切割都快，所以這種切割方法主要用于一些較難切割的物料，如碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。

激光劃片與控制斷裂激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器。

控制斷裂是利用激光刻槽時所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。

新型高功率激光切割機更受市場青睞

常見的激光切割機是：光纖激光切割機和CO2激光切割機。顧名思義，二者所使用的激光分別來源于光纖激光器和CO2激光器。

CO2激光（左）和光纖激光（右）波長

不難看出，光纖切割器相較于CO2激光器而言，光纖激光的波長更長，它的光電轉(zhuǎn)化率能達到25%以上，CO2激光的光電轉(zhuǎn)化率只有10%左右。

因此，不論是從切割效果還是企業(yè)成本上看，光纖激光器憑借其出光功率高、光斑尺寸小等優(yōu)勢，所占市場早已遠超CO2激光器，并仍在增長之中。

新型激光切割技術(shù)引領(lǐng)工藝新潮流

隨著技術(shù)的發(fā)展，光纖激光發(fā)生器逐步替代了CO2激光發(fā)生器。數(shù)控沖床-光纖激光切割復(fù)合加工工藝克服了早期沖床與CO2激光切割組成的復(fù)合加工設(shè)備所有缺點，較原有的沖剪復(fù)合加工和多次定位單機加工工藝優(yōu)勢明顯，得到迅速的推廣應(yīng)用。

一路走來，中國激光切割行業(yè)經(jīng)歷了一系列變革。從最初的CO2激光切割機到光纖切割機，再到我國首臺半導(dǎo)體激光隱形晶圓切割機的成功研發(fā)。

實踐告訴我們：“關(guān)鍵技術(shù)是要不來、買不來、討不來的”。高端智能裝備是國之重器，是制造業(yè)的基石。只有把智能裝備制造的關(guān)鍵技術(shù)掌握在自己手里，才能扛起新時代工業(yè)發(fā)展的重任，推動我國國民經(jīng)濟切實長遠的發(fā)展。