CN113649707B - 一种SiC晶体的滚圆与参考面一次成型的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种SiC晶体的滚圆与晶片参考面一次成型的加工方法，通过控制水射流激光加工技术中的激光能量、滚圆尺寸以及参考面位置与大小、水射流喷头的行进轨迹对SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工，本发明的加工工艺可有效降低减少了工艺步骤，节约了晶体加工成本。

Description

一种SiC晶体的滚圆与参考面一次成型的加工方法
技术领域
本发明属于晶体材料加工技术领域，具体涉及一种SiC晶体的滚圆与参考面一次成型的加工方法。
背景技术
SiC作为一种典型的硬脆材料，莫氏硬度为9.2～9.5仅次于金刚石，使得其加工制造过程十分困难。SiC单晶的制造过程可分成晶体滚圆→参考面标定→切割→抛光→打标→清洗几个阶段。
目前SiC晶体的滚圆和切割都是分两步实施，极大的增加了晶体加工时间和加工成本。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种SiC晶体的滚圆与参考面一次成型的加工方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供的一种SiC晶体的滚圆与参考面一次成型的加工方法包括：
获取SiC单晶；
设置滚圆尺寸、晶片的参考面加工位置和大小、水射流激光的激光能量以及水射流水柱直径；
将滚圆尺寸以及晶片的参考面加工位置和大小图形化为激光微水射流加工技术中水射流激光喷头的行进轨迹；
将所述SiC单晶载入加工平台，并使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径以及水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工。
可选的，在对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工之后，所述加工方法还包括：
对加工后的SiC单晶依次进行粗研、细研、抛光、打标、清洗，获得加工后的SiC晶片。
可选的，在对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工之前，所述加工方法还包括：
设置加工所述SiC单晶的加工时间。
可选的，所述将所述SiC单晶载入加工平台，并使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径以及水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工包括：
使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工直至达到加工时间。
可选的，所述水射流激光喷头喷射水射流柱对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工，在加工时，所述水射流柱中激光全反射形成柱状激光。
可选的，所述将所述SiC单晶载入加工平台，并使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径以及水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工包括：
在计算机中导入所述水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹，以使计算机控制水射流激光喷头按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工。
本发明提供的一种SiC晶体的滚圆与晶片参考面一次成型的加工方法，通过控制水射流激光加工技术中的激光能量、滚圆尺寸以及晶片的参考面加工位置和大小、和水射流喷头的行进轨迹对SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工，本发明的加工工艺可有效降低减少了工艺步骤，节约了晶体加工成本。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种SiC晶体的滚圆与晶片参考面一次成型的加工方法的流程示意图；
图2是本发明激光微水射流加工技术与传统激光加工技术的工艺过程对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明提供的一种SiC晶体的滚圆与晶片参考面一次成型的加工方法包括：
S1，获取SiC单晶；
S2，设置滚圆尺寸、晶片的参考面加工位置和大小、水射流激光的激光能量以及水射流水柱直径；
S3，将滚圆尺寸以及晶片的参考面加工位置和大小图形化为激光微水射流加工技术中水射流激光喷头的行进轨迹；
S4，将所述SiC单晶载入加工平台，并使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径以及水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工。
激光微水射流是细水射流引导激光实现加工的先进技术，也叫激光微水射流加工技术。该技术将激光束聚焦后耦合进高速的水射流，由于水和空气的折射率不同，激光在水束内表面发生全反射，集中的激光能量被限制在水束中。加工时，聚焦到喷嘴位置的激光束在微细的水柱内壁形成全反射后生成截面能量均匀分布的能量束而被引导至工件表面实现工件加工。现已在航空发动机热端部件制造、航空器CFRP结构件加工、天然金刚石切割、大规模集成电路晶片切割等行业明确为行业领先的解决方案。
如图2所示，图2展示了激光微水射流加工技术与传统激光加工技术的工艺过程。传统激光加工技术中激光聚焦后会发散，激光的有效加工范围较小。激光能量密度越高位置，聚焦点直径越小，激光发散越快；且在加工时切口的坡度较大。
本发明使用的激光微水射流加工技术具有的优势包括：(1)无需对焦。非片面加工无问题，可进行3D切削，加工深度可深达几厘米；(2)微水射流保持平行水射流中的激光束完全平行，柱形激光束实现平行切边，确保高质量加工壁和切边；(3)大长宽比，可实现30μm以下切边宽度，可以最小的材料损失钻更深的孔；(4)水射流的冷却作用避免热损伤和材料变化从而维持设计的疲劳强度；(5)水膜消除了加工废料粒子的堆积和污染，无需加工表面的保护层；(6)水射流的高动能驱散融化废料粒子，避免毛刺，清洁高质量的的形成加工面。
本发明提供的一种SiC晶体的滚圆与晶片参考面一次成型的加工方法，通过控制水射流激光加工技术中的激光能量、滚圆尺寸以及晶片的参考面加工位置和大小、水射流喷头的行进轨迹对SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工，本发明的加工工艺可有效降低减少了工艺步骤，节约了晶体加工成本。
作为本发明一种可选的实施方式，在对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工之后，所述加工方法还包括：
对加工后的单晶依次进行粗研、细研、抛光、打标、清洗，获得加工后的SiC晶片。
作为本发明一种可选的实施方式，在对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工之前，所述加工方法还包括：
设置加工所述SiC单晶的加工。
作为本发明一种可选的实施方式，所述将所述SiC单晶载入加工平台，并使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径以及水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工包括：
使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工直至达到加工时间。
作为本发明一种可选的实施方式，所述水射流激光喷头喷射水射流柱对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工，在加工时，所述水射流柱中激光全反射形成柱状激光。
作为本发明一种可选的实施方式，所述将所述SiC单晶载入加工平台，并使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径以及水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工包括：
在计算机中导入所述水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹，以使计算机控制水射流激光喷头按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种SiC晶体的滚圆与参考面一次成型的加工方法，其特征在于，包括：
获取SiC单晶；
设置滚圆尺寸、晶片的参考面加工位置和大小、水射流激光的激光能量以及水射流水柱直径；
将滚圆尺寸以及晶片的参考面加工位置和大小图形化为激光微水射流加工技术中水射流激光喷头的行进轨迹；
设置加工所述SiC单晶的加工时间；
将所述SiC单晶载入加工平台，并使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹以及加工时间对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工之后，所述加工方法还包括：
对加工后的单晶依次进行粗研、细研、抛光、打标、清洗，获得加工后的SiC晶片。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述将所述SiC单晶载入加工平台，并使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹以及加工时间对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工包括：
使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工直至达到加工时间。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述水射流激光喷头喷射水射流柱对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工，在加工时，所述水射流柱中激光全反射形成柱状激光。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述将所述SiC单晶载入加工平台，并使用激光微水射流加工技术按照设置的水射流激光的激光能量、水射流水柱直径、水射流激光喷头的行进轨迹以及加工时间对所述SiC单晶进行滚圆以及参考面一次成型加工包括：
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