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行業(yè)資訊

半導體產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵:飛秒激光切割機的廣泛應用與未來(lái)潛力

2025-08-19 返回列表

5G 基站、AI 服務(wù)器和電動(dòng)汽車(chē)對高端芯片的需求呈指數級增長(cháng),半導體制造工藝正面臨前所未有的精度挑戰。在這場(chǎng) “毫厘之間的競爭” 中,飛秒激光切割機以其獨特的 “冷加工” 特性和納米級精度,成為破解芯片晶源切割瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。從 HBM 內存到碳化硅功率器件,從實(shí)驗室研發(fā)到量產(chǎn)工廠(chǎng),飛秒激光切割機正在重塑半導體制造的技術(shù)路徑,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向更高精度、更高效率、更廣材料適應性方向發(fā)展。

.存儲芯片的容量突破:飛秒激光切割的量產(chǎn)貢獻

在存儲密度競賽中,400 層以上 NAND 閃存和 HBM4 高帶寬內存成為新戰場(chǎng),而飛秒激光切割機正是突破量產(chǎn)瓶頸的 “利器”。傳統機械切割在處理 20-30 微米的超薄晶圓時(shí),會(huì )因機械應力產(chǎn)生微裂紋,導致良率損失超過(guò) 60%。頭部存儲廠(chǎng)商的實(shí)踐證明,采用飛秒激光開(kāi)槽與全切割技術(shù)后,不僅熱影響區控制在 1 微米以下,還通過(guò)非線(xiàn)性吸收效應精準破壞材料鍵合結構,使良率提升 25% 以上。

HBM4 內存的 12 層堆疊結構對切割精度提出了更嚴苛要求,任何微小的崩邊或異物殘留都可能導致整個(gè)堆疊失效。晶源飛秒切割設備的非接觸加工特性,完美解決了這一難題 —— 其聚焦光斑直徑可控制在 2 微米以下,配合 ±1 微米的位置精度,確保每層晶圓的切割邊緣光滑如鏡。第三方檢測機構數據顯示,采用飛秒激光切割后,HBM4 的裸片測試通過(guò)率提升至 98%,為大容量?jì)却娴囊幠;瘧玫於斯に嚮A。

芯片晶源飛秒激光切割 (5)

.功率器件的性能飛躍:碳化硅切割的技術(shù)革命

在新能源汽車(chē) 800V 高壓平臺的推動(dòng)下,碳化硅(SiC)功率器件需求激增,但這種硬度媲美鉆石的材料曾讓制造商望而卻步。傳統金剛石線(xiàn)鋸切割碳化硅時(shí),崩邊高達 30-50 微米,刀具損耗占成本的 40%;納秒激光切割則因熱損傷深度超過(guò) 100 微米,導致芯片擊穿電壓下降 40%。飛秒激光切割機的出現,徹底改變了這一局面。

飛秒激光的 10?1?秒超短脈沖在晶格熱振動(dòng)前完成能量釋放,將熱影響區壓縮至 0.8 微米,使碳化硅芯片擊穿電壓保持率超過(guò) 99%。在精度方面,芯片飛秒激光切割機將崩邊控制在 10 微米以下,切縫寬度精縮至 25±3 微米,表面粗糙度優(yōu)化至 Ra 0.6μm,全面滿(mǎn)足 SEMI 最高階標準。某功率器件廠(chǎng)商的量產(chǎn)數據顯示,采用飛秒激光切割后,碳化硅器件良率從 60% 躍升至 95%,切割速度提升 5 倍,單位成本降低 30%。這些突破使碳化硅器件真正具備了替代硅基器件的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢。

.行業(yè)技術(shù)路線(xiàn):從試驗到普及的加速滲透

飛秒激光切割技術(shù)已獲得半導體巨頭的廣泛認可。除存儲領(lǐng)域外,領(lǐng)先晶圓代工廠(chǎng)已在高端產(chǎn)線(xiàn)大規模部署飛秒激光切割機,逐步替代占傳統市場(chǎng) 80% 的刀片切割工藝。這種技術(shù)轉向背后,是芯片制造對 “零缺陷” 加工的迫切需求 —— 當制程節點(diǎn)進(jìn)入 5nm 乃至 3nm,傳統切割產(chǎn)生的微裂紋和應力殘留會(huì )嚴重影響芯片性能。

在技術(shù)路線(xiàn)選擇上,“激光開(kāi)槽 + 精準斷裂” 的混合模式成為主流。這種方案結合了飛秒激光的精密開(kāi)槽優(yōu)勢和機械分離的成本效益,在 350 微米厚度晶圓加工中實(shí)現了良率與效率的平衡。國內企業(yè)也在加速追趕,通過(guò)光場(chǎng)調控技術(shù)和精密運動(dòng)系統開(kāi)發(fā),已實(shí)現 2 毫米以下微小零件的精密切割,某國產(chǎn)飛秒激光切割機的加工精度達到 ±5μm,通過(guò) ISO 13485 醫療器械質(zhì)量管理體系認證,為半導體與醫療精密加工提供了國產(chǎn)化選擇。相關(guān)技術(shù)細節可參考《精密激光加工設備技術(shù)規范》(GB/T 38336-2019)。

芯片晶源飛秒激光切割 (6)

.國產(chǎn)化與智能化:飛秒激光切割的未來(lái)方向

飛秒激光切割機的國產(chǎn)化進(jìn)程正在加速,核心光源的國產(chǎn)化率提升使設備成本降低 30%,推動(dòng)更多中小企業(yè)采用先進(jìn)切割方案。技術(shù)創(chuàng )新聚焦三個(gè)方向:一是多焦點(diǎn)并行加工,將厚晶圓切割速度從 80mm/s 提升至 200mm/s;二是智能工藝監控,通過(guò)實(shí)時(shí)等離子體光譜反饋自適應調整激光參數;三是材料數據庫建設,針對不同半導體材料建立專(zhuān)屬加工參數模型,降低工藝開(kāi)發(fā)門(mén)檻。

隨著(zhù) 5G、AI 和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,芯片需求將持續增長(cháng),對切割技術(shù)提出新挑戰:一方面,三維集成芯片的異質(zhì)集成需要更高精度的切割定位;另一方面,柔性電子和可穿戴設備的興起要求切割技術(shù)適應更廣泛的材料類(lèi)型。飛秒激光切割機憑借其 “材料無(wú)關(guān)性” 優(yōu)勢,有望在這些新興領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用 —— 從硅基到有機半導體,從剛性晶圓到柔性基板,飛秒激光都能實(shí)現高精度、無(wú)損傷加工。

在半導體產(chǎn)業(yè)升級的浪潮中,飛秒激光切割機已成為衡量企業(yè)技術(shù)實(shí)力的重要標志。它不僅是一種加工設備,更是推動(dòng)芯片制造從 “微米級” 向 “納米級” 跨越的核心技術(shù)。隨著(zhù)國產(chǎn)化技術(shù)的成熟和應用場(chǎng)景的拓展,飛秒激光切割機將在半導體自主可控進(jìn)程中扮演更加重要的角色,為我國芯片產(chǎn)業(yè)突破技術(shù)壁壘、實(shí)現高質(zhì)量發(fā)展提供強大支撐。如需定制飛秒激光切割解決方案,可聯(lián)系專(zhuān)業(yè)技術(shù)團隊獲取設備配置與成本核算方案。

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