跟着相关规定和环境要素集聚成强壮的推动力，电动汽车职业及其价值链上的各个环节构成百家争鸣的立异范畴。现在，电动汽车 (EV) 电池组的电压越来越高，有时乃至高达 800 V。

电压进步带来许多优点，包含马力更大、功率更高、续航路程更长以及充电时刻更短。在车辆内部，电力电子。设备将高直流电压转换成各种体系所需的不同方式。例如，牵引。电机。需求三相交流电。一起，车载充电器可动态调整。电流。和电压。

现在硅广泛运用于。消费电子。和电力。电子。的许多范畴，但也成为了其晋级的瓶颈。根据传统硅。集成电路。(。IC。) 的电力电子器材无法在高电压、高温文高开关频率下正常作业。因而，制造商有必要转向其他。半导体。资料，以充分发挥电动汽车。高压。电池组的优势。远景最为光亮的代替半导体是碳化硅 (SiC)。这种资料具有的特性使其成为电动汽车电力电子器材的抱负挑选，这样，跟着电动汽车的遍及，SiC 是进步电动汽车功能和续航路程的要害。

可是，制造 SiC 器材也有其独有的应战。在老练工艺和既定协议占主导地位的范畴中，SiC 的。机械。、化学、电子和。光学。特性与硅有很大不同。例如，SiC 是已知最硬的资料之一，与钻石适当，因而很难选用锯切等传统机械办法划切晶片。SiC 仍是一种脆性资料，在锯切时很简单碎裂。此外，SiC 会敏捷磨损锯片，包含用硬金刚石制造的锯片，因而需求常常替换这种贵重的消耗品。锯切自身进程相对缓慢，发生的热量简单对资料功能发生负面影响。

因为许多老练的 IC 制造工艺与 SiC 的制造工艺不同，乃至南辕北辙，因而这些问题结合在一起，给电动汽车制造商造成了许多妨碍。

单晶切开或晶片切片便是一个典型比如；机械锯切是硅晶片单晶切开的首要办法，但并不能全盘有用运用于 SiC。虽然激光单晶切开远景宽广，但替换资料至少意味着要改动工艺。参数。。与运用硅的传统办法比较，最终用户还有必要确认 SiC 单晶切开的最优光源。

显微镜特写显现，脉冲串形式下的紫外皮秒脉冲可发生极佳的边际质量，而不会呈现大的崩边。传统的机械锯加工无法到达这样的作用。

运用皮秒激光进行优质烧蚀。

SiC 器材的制造办法与传统的硅微电子技能相同：在单个晶片上制造很多独自的集成电路，然后将其单晶切开为单个。芯片。，这些芯片随后准备好用于封装。

在切开脆性 SiC 晶片时，有必要削减或彻底消除机械锯切的边际崩裂现象。单晶切开还应将资料的机械改变降至最低。一起还应优先考虑最大极限地减小切断宽度，以约束“空间”尺度（即相邻电路之间的空白区域），然后最大极限地添加每个晶片上的芯片数量。

工程师。有必要权衡这些要素与切开速度、产值和其他影响本钱的决定要素。运用消耗品，例如切开进程中运用冷却剂和清洗液等，也需求归入考量。

皮秒和飞秒脉冲宽度规模内的超短脉冲激光器可用于多种不同资料的。高精度。切开和烧蚀，包含坚固、通明和/或脆性资料。运用超短脉冲宽度进行加工的优点包含：资料的全体加热最小，热影响区 (HAZ) 可忽略不计。与其他类型的激光器比较，这些光源还能进步边际质量，削减碎屑发生。

大多数皮秒激光器的。红外。输出均可经过倍频来供给可见绿光或紫外光，而紫外波长一般用于要求严苛的运用。在这一光带作业的光源一般能够完结较小的焦点光斑尺度，并在给定光斑尺度下添加焦点深度或瑞利规模。

这些特性使紫外皮秒激光器成为出产高纵横比特征和更薄切断宽度的首选，因为能完结更准确的深度操控。此外，较大的焦点深度使这些光源更简单运用于宽视场振镜扫描体系。紫外光的穿透力有限，可进一步削减热影响区 (HAZ)。

剖析实验的具体装备。

不过，在任何环境下，运用短脉宽和短波长完结更高的产值都好不容易。为了剧变 SiC 单晶切开成果的可重复性，有必要对不同的体系规划和参数进行实验。MKS/Spectra-Physics 进行了一系列切开实验，以评价紫外皮秒激光器的优势远景，例如更小的焦点光斑尺度和更大的焦点深度。这些实验还力求完结更大的加工便利性，和更小的热影响区 (HAZ) 。最终，除了衡量这一工艺的技能和经济可行性外，这些实验还旨在研讨各种脉冲串设置或许对成果发生的影响。

在第一轮实验中，运用 50 W、355 nm 皮秒激光器对 340 μm 厚的 4H-SiC 晶片样品进行了加工。这台激光器的最大脉冲能量大于 60μJ，在 750 kHz 至 1.25 MHz 的重复频率下供给的均匀功率为 50 W。其最高作业频率可达 10 MHz。在 200 至 400 kHz 的重复频率下进行测验，以剧变一切脉冲输出格局坚持类似的脉冲能量和均匀功率水平，然后能够直接比较成果。

皮秒激光器与双轴振镜扫描仪和 330 mm 焦距 f-theta 物镜配套运用。作业面上的焦点光斑尺度约为 30 μm（1/e2直径）。扫描仪的运转速度规模在 2 至 4 m/s 之间，每次划线均选用多程次扫描，净切开速度在 12.5 至 25 mm/s 之间。

这些测验中运用的激光器支撑脉冲串：激光器发射一系列距离很近的子脉冲串，相隔一个时刻距离后，再发出下一个脉冲串序列。实践现已充分证明，在许多资料加工情况下，脉冲串能够进步烧蚀率并下降外表粗糙度。

此外，测验中运用的激光器支撑可。编程。脉冲串。这意味着脉冲串中的脉冲数以及脉冲串中每个脉冲的振幅和时刻距离都是可控的。此外，脉冲串的守时时刻颤动很低，即便在扫描速度很快的情况下，也能够以高精度直接放置定位在作业面上。这些灵敏的脉冲才能使咱们能够在测验进程中探究宽广的工艺空间。

成果剖析。

下面图 2 显现了从单脉冲到 12 脉冲的各种脉冲串装备下，划线深度值与均匀激光功率的函数联系。在每次测验中，在资料的同一方位上一共划线 80 次。每个脉冲串在作业面上的方位（总脉冲堆叠）都受到严格操控。在这种情况下，脉冲的有用空间堆叠率约为 84%。

图 2. 图中显现了单脉冲（a，上图）和各种脉冲串装备（b-d，中图和下图）下，以 25 mm/s 的速度经过四次划线深度与功率的函数联系。数据显现了脉冲串怎么进步烧蚀率。

这些成果标明，脉冲串的运用大大进步了烧蚀率。这一成果在意料之中，并且与在其他资料中运用皮秒激光脉冲串加工的成果共同。相同，烧蚀阈值跟着每个脉冲串中所含脉冲数的添加而下降（基本上呈对数下降）。这标明许多资料在多脉冲辐照下一般会呈现“累积”现象。

3D 和 2D 外表描摹东西均用于准确丈量划线深度和边际质量。运用扫描白光干涉仪取得的图画进一步显现了划线的细节（图 3）。因为外表润滑且无碎屑，皮秒紫外激光器还完结了另一个预期成果：高质量切开。

图 3. 经过扫描白光干涉仪取得的划线成果证明，皮秒紫外激光能够进行洁净、无碎屑的切开。

从下面图 4 中能够得出对划线的进一步定性评价。单幅图画显现了一系列 25 μm 深的凹槽，这些凹槽是经过 1 脉冲、4 脉冲、8 脉冲和 12 脉冲串顺次发生的。均匀功率根据需求进行调整，以取得每种情况下的最佳作用。上排的四幅图画聚集在晶片的顶部外表。下排的四幅图画聚集在刻线的底面。图 4e-h 显现了切开质量与每个脉冲串中脉冲数的函数联系的明晰比照和发展。

图 4. 25-μm 深凹槽顶部（下图，a-d）和底部 (e-h) 的特写图片。跟着脉冲串中脉冲数的添加，不同数值的凹槽显现出切开质量在稳步进步。

划线周围的变色标明外表或基体资料发生了改变，跟着脉冲数的添加，这种变色会逐步消失。脉冲数越高，进料速率越快，作用也越好。这标明该工艺能够一起剧变足够的产值和杰出的质量。

下面图 5 展现了一系列划线底面的高倍扩大图，一切划线都是在均匀功率为 16 W、净加工速度为 25 mm/s 的相同激光作业条件下完结的。在不同的脉冲值下，每种条件下的划线深度规模从 8 到 25 μm 不等。这种更高分辨率的视图凸显了滑润度跟着脉冲数的添加而改善。在均匀功率和整体加工速度不变的情况下，调整脉冲输出可使划线深度添加三倍。

图 5. 运用皮秒紫外激光器加工可取得极佳的边际/外表质量，然后凸显更高脉冲计数串的优势 (a-d)。

完善技能。

在从理论到实践的推动进程中，运用紫外皮秒激光划线 SiC 晶片的潜力体现在运用脉冲串输出来改善加工质量和进步加工速度的才能上。还需求进一步探究，以衡量和评价完好切开 340 μm 晶片的参数和成果。

与此一起，咱们正在研讨怎么将传统上用于硅晶片划线的机械锯用于SiC。已宣布的成果标明，这种办法依然存在进料速率有限的问题，并且会发生很多碎屑，例如在大于10 μm 的芯片中。

虽然如此，机械锯切仍是半导体职业中常用的办法，任何代替技能都需求在产值、成品率和运营本钱方面展现出巨大优势，取得了业界的认可。虽然所取得的紫外皮秒成果在完好切开方面还需求进一步提高，可是成为备选技能后才或许进一步取得继续改善。

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