隨著半導體行業的迅猛發展，碳化硅（SiC）憑借優異的電氣特性和熱導率，逐漸成為電動汽車、可再生能源和高效能電子器件等領域的優選材料。然而，碳化硅加工難度較高，傳統機械切割工藝受限于效率低與質量不穩定的挑戰，促使皮秒激光技術成為焦點。
皮秒激光器以超短脈沖持續時間（皮秒級）釋放巨大的峰值功率，可以顯著減少加工過程中的熱影響區，幾乎無熱損傷，確保了高精度與材料完整性。這一先進技術為碳化硅的精密加工開辟了新路徑，展現出巨大的市場潛力與應用前景。
圖1：碳化硅實物
碳化硅迎投資熱潮激光加速生產效能
碳化硅具有很高的化學穩定性和熱穩定性，兼具優異的半導體性質。其禁帶寬度是硅的2-3倍，砷化鎵的1.6-2.3倍；臨界場強更是硅與砷化鎵的約10倍；而飽和電子漂移速率亦達到硅和砷化鎵的2倍之多。
作為第三代半導體材料，碳化硅具有更廣闊的應用潛力。當前，碳化硅已深入電力電子器件與微機電系統的核心制造領域，尤其在光伏系統中，碳化硅基電力電子器件以其更高的逆變效率與更優的功率重量比，引領行業前行。同時，憑借獨特的光學特性，碳化硅還在光電器件制造及高溫吸波材料領域大放異彩。
然而，碳化硅是一種極為硬質的材料，其莫氏硬度超9，僅次于鉆石。這種硬度雖賦予其優異的耐磨與耐高溫性能，卻也向傳統機械加工方法提出了嚴峻挑戰，尤其是在追求高精度與復雜形狀加工的領域。
在此背景下，皮秒激光切割技術應運而生，不僅實現了碳化硅的精準切割，更通過精細調控激光參數（如功率、脈沖重復頻率及掃描速度），優化了切割流程，降低了加工損傷，提升了切割速度與加工質量。在半導體設備、汽車電子及航空航天等高端制造領域，皮秒激光技術憑借上述五大優勢已成為制造高性能碳化硅組件不可或缺的關鍵技術，其獨特優勢無可替代。
圖2：碳化硅晶圓
15瓦百皮秒紅外激光器個性化解決方案
皮秒激光器產生的激光脈沖持續時間極短，一般在皮秒（10-12秒）級別，這使得激光脈沖在材料表面的作用時間極短，大大限制了熱量擴散到材料其他部分，從而降低了熱影響區域和熱應力，減少了微裂紋和物理變形的風險，確保了加工精度與質量的雙重提升。
此外，皮秒激光器具有非常高的加工靈活性，能夠輕松適應多樣化的應用需求與材料特性，在3C電子、光學元件、醫療器械等領域，均可實現高精度的切割和雕刻，為各行業帶來前所未有的加工體驗。
凱普林針對加工需求，精心打造了15瓦紅外皮秒激光器Topaz-1064-15p，可進行個性化定制。該激光器波長為1064 nm，脈寬覆蓋10 ps～150 ps，重復頻率則在5 kHz～1000 kHz間自由設定，平均功率>15 W@50 kHz。它支持脈沖串數量1~10可選，M2<1.4，發散角 <1mrad，光斑尺寸精準控制于2.5±0.2 mm，指向性 <50 urad，確保每一次加工都精準無誤。
圖3：凱普林15W百皮秒紅外激光器
實際應用中，凱普林皮秒激光展現出顯著優勢，不僅大幅提升加工速度，更在產品質量的一致性與產出率上實現質的飛躍。通過掃描電子顯微鏡的圖像分析顯示，皮秒激光處理的邊緣更為光滑，幾乎無微裂紋產生。
在碳化硅等硬脆材料的切割領域，凱普林皮秒激光器更是實力非凡。其超短脈沖在加工過程中產生的極小熱影響，確保了碳化硅表面光潔度與精確的加工質量，同時實現了材料的高效去除與切割，大大提升了生產效率和材料利用率。此外，其高光束質量和可控的脈沖寬度，確保了在不損傷材料的前提下，實現精準加工，滿足了現代制造業對高性能與可持續發展的雙重追求。
凱普林超快激光器憑借其優越特性，不僅優化了碳化硅加工流程，還為制造業開創了節能環保的技術新路徑，符合現代制造業對高性能和可持續發展的需求。其穩定性和低成本優勢，預示著它將成為碳化硅加工行業的關鍵裝備，引領行業變革。
圖4：凱普林激光器加工碳化硅結果
隨著電動汽車與高功率電子設備的迅猛發展，碳化硅的市場需求與日俱增，預計至2030年，其市場規模將躍升至百億級別。特別是在碳化硅晶片的切割、劃線和薄膜剝離等工序中，皮秒激光技術已成為行業公認的首選方案，并將在未來的材料加工技術革新中扮演更加重要的角色。
展望未來，隨著超快激光技術的不斷進步和成本的進一步降低，皮秒激光技術在碳化硅以及其他先進材料的加工中的應用將更加廣泛，超快激光加工技術的創新也將為半導體和電子行業帶來更多的機遇和挑戰。
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