在半导体、微电子和光学器件等领域，激光划片机作为一种精密加工设备，正发挥着至关重要的作用。它利用高能激光束对晶圆等材料进行切割或开槽，凭借高精度、非接触以及适应复杂轮廓等特性，成为了这些领域的加工设备。下面，我们将从设备结构、工作原理、技术特性等多个方面，对激光划片机进行详细的剖析。
随着电子设备不断向小型化、轻薄化发展，对晶圆等材料的加工要求也越来越高。传统的机械划片方式在面对薄型化趋势时，暴露出了诸多问题。例如，机械划片对薄晶圆（厚度＜50μm）的破片率较高，容易造成材料的浪费。而激光划片采用非接触加工方式，能够大幅降低损耗。此外，激光划片机还具备异形切割能力，可以实现椭圆、六边形等复杂轮廓的切割，从而优化晶圆排版效率，提升有效晶粒数量。同时，激光划片属于洁净加工，避免了机械划片带来的金属碎屑污染与刀刃磨损问题。
干式激光划片机主要由激光系统、X - Y 工作台、θ 向旋转台、Z 向调焦系统、除尘及真空系统、电控系统等组成。其中，激光系统会根据材料对激光的吸收特性，选择合适的波长与能量参数，常见的波长包括 1064nm、532nm、355nm 等。X - Y 工作台能够实现快速直线往复运动与精密步进运动，其定位精度可达微米级。θ 向旋转台用于晶圆划切道的精密对位，确保切割路径准确无误。Z 向调焦系统则负责调节激光焦点与 CCD 成像焦点，保证加工精度。除尘与真空系统可以及时清除加工碎屑，维持洁净的加工环境。
干式激光划片主要通过激光能量与材料的热作用或非热作用实现加工，主要分为烧蚀加工与隐形切割两种方式。
- 烧蚀加工：其原理是在极短时间内将激光能量集中于材料表面微小区域，使划切道内材料熔化、汽化，从而实现开槽或全切割。烧蚀加工又可分为激光开槽加工和激光全切割加工。激光开槽加工是在材料表面切割出深度为总厚度 1/4 - 1/3 的凹槽，后续通过裂片工艺沿槽分裂获得芯片；激光全切割加工则是直接切穿材料全厚度，需通过扩晶工艺分离芯片。烧蚀加工的特点是切割速度快、槽宽窄，但存在热影响区、材料重凝、裂纹等问题。
- 隐形切割：该方法是将激光能量聚焦于材料内部，利用特定波长（如红外激光）使硅原子键断裂，在材料内部形成变质层，再通过扩展胶膜等方式分离芯片。隐形切割的特点是表面无损伤、无碎屑、无需清洗，适用于抗污染与抗负荷能力差的材料，如薄型晶圆、MEMS 器件等。
紫外激光（波长＜400nm）具有独特的冷切割原理，它能够直接破坏材料化学键，热影响区极小，因此适用于聚合物、玻璃等敏感材料。在精密切割集成电路、光学元件方面，尤其是金属镀层晶圆与超薄芯片的加工，紫外激光划片具有显著优势。其关键工艺参数包括激光波长与脉宽、光斑直径、功率、频率和速度等。波长越短（如紫外 355nm）、脉宽越短（飞秒级），热效应越小，越适合微细加工，但成本也相对较高。光斑直径越小，划片槽越窄，但焦深会缩短，需要平衡切割厚度与精度。功率增大则划片深度与宽度增加，但热累积风险也会上升。频率影响峰值功率与平均功率，临界频率（如 50kHz）可获得切割深度与质量。速度过快会导致切割痕迹不连续，形成锯齿状边缘，需要与频率相匹配。
微水导激光技术结合了激光切割和水的冲刷作用，具有复合加工优势。在微水导激光基础上，利用水柱冲刷带走切割热与熔融颗粒，避免了表面污染与热损伤。然而，该技术也面临一些瓶颈，如设备成熟度低，喷嘴寿命短，需要解决水柱稳定性与激光防护等问题。
微水导激光划片机由激光头、CCD 视觉系统、耦合装置、X - Y 精密定位工作台、Z 向调整系统、水循环系统等组成。其中，激光头与聚焦镜引导激光束并聚焦于喷嘴圆心；微水柱喷嘴喷出直径 30 - 100μm 的高压纯净水柱，作为激光传输介质；水循环系统提供过滤后的高压纯净水，确保水柱稳定性与洁净度。
微水导激光切割基于 “激光在微水柱中全反射传输” 的原理。激光束经聚焦镜进入水腔，聚焦于喷嘴圆心；高压纯净水从水腔左侧流入，通过微孔喷出形成稳定微水柱；激光束耦合至水柱中，利用水柱与空气界面的全反射效应，沿水柱传输至材料表面；激光能量仅在水柱直径范围内烧蚀材料，实现非接触切割。其特点是无热影响区、无熔渣、无机械应力，切割表面洁净，适合高精密器件，如超薄晶圆、光学芯片等。但该技术的挑战在于喷嘴制作精度要求高，水柱稳定性直接影响加工质量，同时还需防范激光辐射。
