碳化硅硬脆加工难题，中科煜宸水导激光给出国产化解法

第三代半导体产业持续扩张，碳化硅凭借高热导率、高化学稳定性、耐高温腐蚀等综合性能，成为半导体设备零部件、功率器件、光学元器件的关键基材。但碳化硅莫氏硬度高达 9.5，脆性大，属于典型难加工硬脆陶瓷材料，传统机械加工、干式激光加工都存在难以回避的工艺短板，制约国内碳化硅零部件产业化进程。中科煜宸国产化水导激光加工技术，将激光能量与微细高压水射流相结合，为碳化硅精密制造提供全新工艺路径。

传统机械钻孔、砂轮切割属于接触式加工，加工碳化硅时刀具磨损速度快，耗材成本居高不下。机械切削带来的挤压冲击力，极易在工件出入口产生崩边，材料内部会留存肉眼不可见的亚表面微裂纹。在半导体设备的高温、腐蚀工况之下，隐藏的微裂纹会逐步扩展，造成零部件提前失效报废。以半导体刻蚀设备的碳化硅匀气盘为例，盘面分布成千上万阵列微孔，微小崩缺与内部裂纹，会直接改变出气均匀度，干扰芯片刻蚀工艺稳定性。

干式激光依靠热消融去除碳化硅材料，加工效率具备一定优势，但瞬时高温会带来明显热影响区，孔口、切割边缘产生再铸层、热应力裂纹，加工结构锥度偏大。电火花加工只适用于导电工件，高纯碳化硅陶瓷导电性能弱，几乎无法开展加工。多种传统工艺的局限性，让国内很多碳化硅零部件企业长期陷入 “能做，但良率不高、后处理工序繁杂” 的困境，部分 加工方案此前依赖海外设备，采购、运维成本高昂，不利于产业链自主可控发展。

水导激光的关键机理，是脉冲激光束聚焦导入高压微细喷嘴，依靠纯水形成稳定水射流，利用水‑空气界面全反射效应，激光沿着水柱传递至工件完成材料去除。水射流具备双重价值：既是激光光波导传输介质，同时持续冷却加工点位，高速水流同步冲刷带走熔融碎屑，实现近似冷加工效果，大幅降低热累积带来的各类缺陷。对比干式激光，水导激光有效工作距离更长，不用频繁调整焦点，加工侧壁平行度表现好，锥度可以控制在较小水平；非接触式加工模式，不存在刀具挤压工件，减少机械应力带来的崩边、微裂纹问题。

中科煜宸深耕水导激光装备与工艺研发多年，搭建完善碳化硅工艺数据库，完成多类半导体碳化硅零部件工艺验证。针对 6mm 厚碳化硅匀气盘 0.5mm 直径微孔加工，采用 40W 切割功率，50mm/min 加工速度，单孔加工时间 3 分钟。金相显微观测显示，小孔出入口崩边得到抑制，孔壁形貌完整，孔底尺寸稳定维持 0.5mm，无明显再铸层，孔口无大面积崩缺，满足匀气盘通气微孔实际工况需求。针对 0.5mm 厚度碳化硅 AR 光学镜片切割，加工速度 30mm/min，实现崩边不大于 50μm，切割边缘连续完整，不会破坏工件原有光学性能。

国产化水导激光不只是设备替代，更是整套工艺能力的落地。过去海外同类设备价格高企，后期备件采购周期漫长。中科煜宸实现设备、光路、水路控制、工艺数据库本土化，推出 RJ 系列多型号水导激光装备，兼顾科研小试样与中小批量生产需求，给国内制造企业提供就近工艺开发、设备运维服务，降低企业综合使用成本。

当然水导激光加工碳化硅依旧拥有优化空间，面对超大深径比微孔、超高密度阵列微孔，还需要持续迭代参数，进一步提升批量加工节拍。放眼行业发展，碳化硅材料的应用场景不断拓宽，加工工艺成为制约产业化的关键环节。水导激光技术有效解决硬脆材料热损伤、崩边两大关键痛点，为国内碳化硅零部件企业提供新选择，助力第三代半导体上游零部件国产化稳步向前。