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  • 微射流激光设备:革新精密加工的未来

    微射流激光技术是一种将高能激光与水射流相结合的先进加工方法,通过精准控制激光能量和流体动力学,实现对超硬材料的高效、高质量加工。该技术突破了传统加工方式的局限,在半导体、特种材料等领域展现出卓越性能。

微射流激光设备——高精度、高效率、零热损伤的先进加工解决方案


微射流激光设备采用独特的"激光+水射流"复合加工方式,在半导体晶圆加工、超宽禁带材料切割、陶瓷基板加工等领域具有不可替代的优势。相比传统加工方式,该技术能实现无热损伤、高精度、高效率的加工效果,满足航空航天、电子制造、新能源等行业对精密加工日益提升的需求。

 


一、知明技术与应用
 

1. 半导体材料加工
 

微射流激光设备在半导体制造领域具有革命性的应用价值:
 

①晶锭滚圆:专为碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等超硬半导体材料设计,采用自适应压力控制系统,可实现高精度滚圆加工,为后续晶圆制备提供完美基础,加工圆度误差控制在±0.01mm以内。


 


 
②晶圆切片与划片
 
  • 晶圆切片:适用于硅(Si)、碳化硅(SiC)、氧化镓(Ga₂O₃)等材料的超薄切片,采用多轴联动技术确保切口平整无损伤,切片厚度可精确控制至50μm。

     
 
  • 晶圆划片
  • 干激光划片:传统方式存在热影响区问题,容易导致晶圆边缘微裂纹。
  • 微射流激光划片:通过水射流冷却,实现真正意义上的冷加工,切割道宽度可控制在20-50μm范围内。
 


③超宽禁带半导体加工
 
  • 晶圆打孔:为功率器件提供高精度微孔加工方案,孔径精度可达±1μm,适用于SiC、GaN等材料的高密度互连孔加工。
 


 
  • 氧化镓加工:完美解决脆性材料加工难题,采用特殊工艺参数可有效避免材料崩边,加工良率提升至99%以上。
 

 
  • 金刚石加工:突破传统加工瓶颈,加工效率较传统机械方式提升5倍以上,表面粗糙度可达Ra0.1μm。

 





2. 其他高端材料加工
 

陶瓷基板加工:为电子封装领域提供完美解决方案,支持Al₂O₃、AlN等多种陶瓷材料的精密加工,最小可加工0.1mm微孔。

 
 
 

LTCC陶瓷基板打孔雕刻



金属复合材料加工:攻克难加工材料的技术壁垒,特别适用于钛合金、高温合金等材料的复杂形状加工,加工精度达IT5级。

 



磁性材料加工:确保材料性能不受损伤,采用特殊冷却工艺可避免磁性材料退磁,加工后磁性能损失小于3%。

 


 



二、设备特点与优势
 

 

1. 核心特点:

 

特点

技术优势

应用价值

冷加工技术

水射流实时冷却,完全消除热影响区(HAZ)

确保热敏感材料(如GaN、Ga₂O₃)的加工质量

超高精度

加工精度达±1μm,切口粗糙度Ra<0.2μm

满足半导体器件微米级加工需求

多材料适应性

可加工硬度达莫氏9级的超硬材料(如金刚石)

一台设备实现多种材料的精密加工

环保加工

水幕隔离粉尘,废水循环处理系统

符合Class 100洁净室要求

智能控制

配备CCD视觉定位+AI算法补偿系统

实现自动化批量生产


 

2. 竞争优势:
 

  • 加工效率较传统激光提升300%

  • 刀具寿命延长5-8倍

  • 材料利用率提高15-20%

  • 能耗降低40%

 



三、工作原理


1. 激光发生系统


技术流程:

  • 采用脉宽可调(10ns-1ms)的光纤激光源

  • 最高功率可达500W,光束质量M²<1.2




    微射流激光技术工作原理图

     

2. 水射流系统

  • 超高压水泵(最高420MPa)

  • 50μm直径喷嘴,水流速度达900m/s

     


    微射流激光技术加工装置示意图

     

3. 耦合过程

 


耦合模块



4. 控制系统

  • 五轴联动数控系统

  • 在线质量监测(OCT技术)

  • 加工参数自适应调节

 


四、与传统激光加工的对比
 

水导激光是结合了水射流和激光束的创新加工方法,加工时可以大大减少热损伤,提高加工精度和质量,同时还可以减少加工时间和废料。下面从切割精度、热影响区、表面质量等角度对比常规激光加工和水导激光加工两者存在的差异。

 

常规激光加工与水导激光加工特点对比


 



五、设备规格参数

 

项目 规格1 规格2
工作台面容积(mm) 300*300*150 400*400*200
线性轴XY Linear motor线性电机 Linear motor直线电机
线性轴Z(mm) 150 200
定位精度(μm) +/-5 +/-5
重复定位精度(μm) +/-2 +/-2
加速度(G) 1 0.29
数控控制 3轴/3+1轴/3+2轴 3轴/3+1轴/3+2轴
激光  
数控类型 DPSS Nd:YAG DPSS Nd:YAG
波长(nm) 532/1064 532/1064
额定功率(W) 50/100/200 50/100/200
水射流  
喷嘴直径(μm) 40-100 40-100
喷嘴压力(bar) 50-100 50-600
尺寸(mm)  
机床(宽高) 1445*1944*2260 1700*1500*2120
控制柜(宽高) 700*2500*1600 700*2500*1600
重量  
设备(T) 2.5 3
控制柜(KG) 800 800
加工能力  
表面粗糙度 Ra≤1.6μm Ra≤1.2μm
开孔速度 ≥1.25mm/s ≥1.25mm/s
圆周切割速度 ≥6mm/s ≥6mm/s
直线切割速度 ≥50mm/s ≥50mm/s

氮化镓晶体、超宽带半导体材料(金刚石/氧化镓)、航空航天特种材料、LTCC喷嘴基板、光伏、闪烁晶体等材料加工。
注:加工能力根据材料特性有个别差异

 



六、知明优势与服务理念
 

作为微射流激光技术领域的领军企业,我们拥有十余年的专业积累和技术沉淀。上海知明科技集研发、生产、销售、服务于一体,建立了完整的产业链条。我们的技术团队由行业资深专家领衔,具备强大的创新能力,可根据客户需求提供定制化解决方案。

我们不仅提供先进的加工设备,更致力于为客户创造价值。从工艺开发到批量生产,从技术培训到售后服务,我们提供全流程的专业支持。上海知明科技已成功服务数百家客户,产品广泛应用于半导体、航空航天、新能源等多个高端制造领域。

我们深知质量是企业的生命,因此建立了严格的质量管控体系,确保每一台设备都达到最高标准。同时,我们持续投入研发,保持技术领先优势,为客户提供最具竞争力的产品和服务。

 



七、结语
 

微射流激光技术正在重塑现代精密制造的格局。作为这一领域的开拓者,我们将继续深耕技术创新,不断突破加工极限,为客户提供更优质的产品和服务。我们期待与各界伙伴携手合作,共同推动中国高端制造业的发展,创造更加辉煌的未来。