以第三代半导体及航空航天特种材料为代表的硬脆材料采用传统技术加工时无法解决和克服如效率低、质量差、损耗大、精度不高、污染严重、热变形、加工深径比低等问题，而微射流激光先进技术能够完美应对和解决，在硬脆材料加工领域有着不可替代的优势。

      我司研制的微射流激光加工设备具备一体化操作平台及软件，能够实现机台操作，采用固体纳秒激光器，激光通过光纤传输，激光和水通过耦合系统和装置完成耦合，结合了高功率脉冲激光和纤细水射流的优点：激光用于去除材料，水射流用于引导激光、冷却边缘并避免工件上形成熔渣或毛刺。

      微射流激光技术设备能够进行硬脆材料的精密加工，实现第三代半导体碳化硅滚圆/划片，晶圆划片，陶瓷打孔，高温合金、复合材料加工等多种材料的精密加工。同时进行设备相关工艺的开发，实现了碳化硅、金刚石、氮化镓等硬脆材料的批量化加工，提高了设备的加工效率和良率。

      目前，通过晟光硅研团队的不断探索研究和不断优化，目前已拓展覆盖领域包括但不局限于：航空航天特种材料、半导体碳化硅、超宽禁带半导体材料（金刚石/氧化镓）、LTCC碳陶基板、光伏、闪烁晶体等。

一、以碳化硅应用领域为例，传统技术与微射流激光先进技术在晶锭滚圆应用方面量化对比：

（1）效率方面：

传统滚圆方式对一块晶体滚圆大约需要8小时（边缘越厚，需要剔除的部分越厚，时间更长），因连续切割过程中需要更换配件和材料，每个月可实现90个晶锭滚圆，滚圆效率为90/（30x24）=0.125晶锭/小时。单头微射流激光设备可在3小时的时间内实现晶体滚圆，三个月更换一次水导头 （更换时间10分钟左右），更换材料时间可以忽略不计，因此，其滚圆效率：1/3=0.33晶锭/小时。

（2）良率方面：

传统滚圆设备加工良率约为94%（6寸滚圆良率约85%），主要不良是应力造成的开裂，而微射流设备可以把滚圆良率提高到至99%+。

（3）人力方面：

应用传统滚圆方式，每台设备需要有一位产线人员实时装填、监控、 校正，而微射流激光滚圆方式一位产线人员可以同时管理十台设备，可降低90%人力成本；

（4）材料损耗：

传统技术滚圆需要一个月更换一次金刚砂轮，而一个月能够实现滚圆90晶锭，砂轮更换价格约为8000元，单个晶锭滚圆需要消耗的耗材为砂轮单价8000元/滚圆数量90=90元。微射流激光技术滚圆三个月更换一次水导头，水导头价格为1400元；利用微射流技术实现单个晶棒滚圆消耗的耗材价格为1400/（0.33*24*30*3）=1.96元。

二、传统技术与先进技术在晶锭切片应用方面的量化对比：

（1）设备购置成本：

传统高性能 SiC 切割设备市场价格为500万元/台，微射流 SiC 切割设备国产化后价格400万元/台；按单位货币的购买设备量计算，购买一台传统切割设备的资金可购买1.25台微水射流 SiC 切割设备。

（2）切割效率：

受限于切割技术路线的不同，两种方式的切割效率有较大不同。典型的金刚线切割方式通过磨拉机械方式切割，本身的切割速度较慢且每切割一次需调整金刚石线，约每切割2次需要换金刚石线，按可靠生产情况来说，传统切割速度大致的速度为：切割一次时间T约为100小时，一次切能切割片数N约为50（30-50为行业布线切割数值， 本次测算取行业最大值50）。 按单位时间算传统方式切割速度：50/100=0.5 片/小时 。 微水射流切割技术通过水射流激光切割 SiC 衬底，新技术加工 60 次才需要换水导头且更换配件时间不超 5 分钟，所以连续切割间隙耗费的时间可忽略不计，目前单头切割 4 英寸的速度为0.35片/小时，双头切割速度为0.7片/小时。 旧路线比与新路线切割效率比1：1.75。（仅计算切割时间。传统技术一次成片Ra约120μm，微射流激光技术成片Ra≤0.8μm，公司技术可节约粗磨精磨两道环节，约6天时间）

（3）切割耗材损耗：

固结金刚线切割设备按切割一片需要400米固结金刚线计，固结金刚线价格按 0.5元/米计。 则切割单片 SiC 的耗材成本约为：金刚线价格200元/单线切割片数 1=200元。

水导激光切割设备切割单片SiC的耗成本为：水导头价格2000元/单头切割片数 60=33.4元。

旧路线比与新路线切割耗材成本比为1：0.167。

（4）原材料损耗：

固结金刚线法切割，单个切口损耗约为200μm（其中最细金刚线线宽100μm， 行业普遍应用170 μm金刚线做量产使用，单片生产双面均产生损耗，即每片线损最少损耗在200-340μm，对比测算取最小值），抛磨损耗约为40μm（其中包括热损伤及翘曲度，热损伤单面损耗15-50μm，翘曲度单面损耗在 5-20μm，对比测算取最小值），总损耗为 200+40=240 μm。

微水射流激光切割技术切割单切口损耗为60μm（先进技术微射流宽度25-30 μm，对比测算取最大值），抛磨损耗为15 μm（其中包括热损伤及翘曲度，热损伤单面损耗3-4μm，翘曲度单面损耗在2-3.5μm，对比测算取最大值），总损耗为 60+15=75 μm。

固结金刚石线设备与微水射流切割设备单个切口带来的损耗比为1：0.3125；2cm 碳化硅晶锭传统金刚线切割技术出片10-14片，微射流激光先进技术出片18-22 片。

（3）切割良率方面：

固结金刚线切割设备的切割良率最高水平为约75%（乐观测算取值85%），微水射流激光切割良率能提高到99%以上。

三、传统技术与先进技术在晶圆划片应用方面的量化对比：

  在划片应用中，传统激光划片技术需要考虑激光线宽及加工热损伤层打磨预留宽度，需提供近120μm die宽间距，微射流激光先进技术所需带宽间距只为传统技术的1/3，35μm die宽即可；传统划片过程中除了需要激光设备外还需要裂片设备辅助die宽断裂形成芯片，新技术除了工艺环节的减少外还能够降低额外设备投入，使划片过程更简单高效。

   综上，对碳化硅衬底厂商带来的时间效益、良率提升、加工速率提升、材料损耗减少等方面的优势均远超现有技术所能实现的范围。通过技术优化的不断提升，会为客户带来更大的时效收益，持续推进碳化硅衬底行业的降本增效。

  陶瓷基板等新一代封装行业，微射流激光技术基于LTCC陶瓷基板打孔雕刻应用能做到异形处理、平整度高、效率快、孔径圆度和锥度极佳，极大避免热损伤及重铸层等优势。微射流激光技术基于LTCC陶瓷基板打孔雕刻应用能够做到异形处理、平整度高、效率快、孔径圆度和锥度极佳，极大避免热损伤及重铸层等优势。

1、航空航天应用领域：

       航空航天工业作为国家级战略性产业，是国家国防和经济安全的可靠保障，也是我国现代化、工业化、科学技术和综合国力的重要标志。在航空领域，推重比是衡量航空发动机性能的重要指标，提高推重比的要求之一就是提高涡轮前燃气温度，这就需要大量的精密气膜孔用于导气。目前航发叶片在设计过程中运用了大量如猫耳孔、簸箕孔、跑道孔等异形孔（异形孔换热面积最大,冷却效果好），对加工精度提出更高要求。因传统EDM钻孔技术无法加工带有不导电热障涂层的航发叶片，而传统机械加工又会导致涂层脱落且无法保证孔径一致性及位置的准确性，因此影响整机推重比等关键性能，使得我国航空发动机性能提升缓慢。微射流激光技术能够满足航空航天发动机涡轮叶片、发动机壳体、阀体等部件的加工要求，这些部件的种类繁多、精度要求高且结构复杂。此外，微射流激光技术还可用于工业燃气轮机的热端部件进行气膜冷却孔的钻孔加工，极大地避免了传统加工必不可免的微裂纹、氧化层、重铸层等异质材料情况，这对于航空喷气发动机热端的性能具有关键性的影响。微射流激光技术可高效加工圆形和异形(方形、梯形和倾斜)气膜冷却孔，孔的入口、出口和侧壁均具有优异的表面质量。可以按照客户设计需求加工＜100μm直径、深径比超过30:1的优质气孔，同时具备高效率、连续工作等特点，为我国航空发动机制造领域引入了新的技术，开拓了设计思路和应用空间，实现航空发动机所有复杂和精密的加工需求，帮助我国在航空工业上取得更伟大的成就。

2、培育和天然钻石加工行业：

      干激光切割金刚石过程中，20mmX20mm金刚石，平均厚度2mm，切片时间约为7-8小时，损耗在800μm，RA值约10μm，同时具有较大的锥度，不易于后期平整，碳化现象严重。磨抛1μm金刚石所需时间为5-7天。

      微射流激光切割金刚石过程中，20mmX20mm金刚石，平均厚度2mm，切片时间约为2小时，损耗在40μm，RA≤0.4μm，不需要抛光处理，碳化层极浅。通过微射流激光技术的尝试，能解决传统加工工艺中，微裂纹多、热影响大、成品率低等问题，几乎没有热影响区，也不会有因削弱材料断裂强度的微裂纹，尤其是在材料长晶体积受限的情况下，24mmx24mm金刚石晶体出片率提高150%，为整个行业提供革命性的低损切割方案。已为行业客户交付设备并已投入使用。

晟光硅研自主研制的微射流激光设备目前对航空航天材料及半导体材料的加工应用已得到行业头部客户的论证认可及设备采购，具体加工技术指标如下：

• 航空特种材料切割/制孔领域：1.切割宽度＜0.2mm，深宽比≥100；2.制孔直径＜0.3mm，深径比≥30，锥度＜1:200（厚度6mm、直径0.8mm）；3.尺寸500mm以上零件制孔角度≥70°（孔轴线与零件表面法线夹角）；4.切割和制孔加工表面粗糙度Ra≤3.2，热影响区厚度＜50μm。

• 碳化硅滚圆/切片领域：6英寸碳化硅晶锭切割后，BOW＜2μm，Ra＜0.8μm，晶片表面接近CMP处理水平。

• 陶瓷基板等新一代封装行业：晟光硅研已完成与华为、泽丰进行的硅基晶圆刻槽（盲槽）工艺实验，得到最优工艺参数，并已进行批量代工。同时，在晶圆划片方面，WD的60μm厚的晶圆划片也已完成前期工艺实验论证，经检测，切割道宽度小于50μm，切割道形貌在500μm以下，崩边小于2μm，切面平整无烧蚀。

• 培育和天然钻石加工行业：以20mmX20mm金刚石为例，平均厚度2mm，切片时间约为2小时，损耗在40μm，RA≤0.4μm，不需要抛光处理，碳化层极浅。

设备不断优化迭代升级，工艺也在不断优化，对于各类材料的加工效果指标也将不断进行更新，设备进行批量化生产后，技术水平将达到工业化水平。