随着相关规则和环境要素集聚成弱小的推进力，电动汽车行业及其价值链上的各个环节构成百花齐放的翻新畛域。如今，电动汽车 (EV) 电池组的电压越来越高，有时甚至高达 800 V。
电压提高带来诸多好处，包含马力更大、效率更高、续航里程更长以及充电时期更短。在车辆外部， 电力电子 设施将高直流电压转换成各种系统所需的不同方式。例如，牵引 电机 须要三相交流电。同时，车载充电器可灵活调整 电流 和电压。
目前硅宽泛运行于 消费电子 和电力 电子 的许多畛域，但也成为了其更新的瓶颈。基于传统硅 集成电路 () 的电力电子器件无法在高电压、高平和高开关频率下反常上班。因此，制造商必定转向其余 半导体 资料，以充散施展电动汽车 低压 电池组的长处。前景最为黑暗的代替半导体是碳化硅 (SiC)。这种资料领有的特性使其成为电动汽车电力电子器件的理想选用，这样，随着电动汽车的遍及，SiC 是提高电动汽车性能和续航里程的关键。
但是，制造 SiC 器件也有其独有的应战。在成熟工艺和既定协定占主导位置的畛域中，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，与钻石相当，因此很难驳回锯切等传统机械方法划切晶片。SiC 还是一种脆性资料，在锯切时很容易碎裂。此外，SiC 会迅速磨损锯片，包含用硬金刚石制造的锯片，因此须要经常改换这种低廉的消耗品。锯切自身环节相对缓慢，发生的热量容易对资料性能发生负面影响。
由于许多成熟的 IC 制造工艺与 SiC 的制造工艺不同，甚至南辕北辙，因此这些疑问联合在一同，给电动汽车制造商形成了诸多阻碍。
单晶切割或晶片切片就是一个典型例子；机械锯切是硅晶片单晶切割的重要方法，但并不能全盘有效运行于 SiC。虽然激光单晶切割前景宽广，但交流资料至少象征着要扭转工艺 参数 。与经常使用硅的传统方法相比，最终用户还必定确定 SiC 单晶切割的最优光源。
显微镜特写显示，脉冲串形式下的紫外皮秒脉冲可发生极佳的边缘质量，而不会出现大的崩边。传统的机械锯加工无法到达这样的成果。
经常使用皮秒激光启动优质烧蚀
SiC 器件的制造方法与传统的硅微电子技术相反：在单个晶片上制造少量独自的集成电路，而后将其单晶切割为单个 芯片 ，这些芯片随后预备好用于封装。
在切割脆性 SiC 晶片时，必定缩小或齐全消弭机械锯切的边缘崩裂现象。单晶切割还应将资料的机械变动降至最低。同时还应优先思考最大限制地减小切口宽度，以限制“空间”尺寸（即相邻电路之间的空白区域），从而最大限制地参与每个晶片上的芯片数量。
工程师 必定权衡这些要素与切割速度、产量和其余影响老本的选择要素。经常使用消耗品，例如切割环节中经常使用冷却剂和荡涤液等，也须要归入考量。
皮秒和飞秒脉冲宽度范围内的超短脉冲激光器可用于多种不同资料的 高精度 切割和烧蚀，包含安全、透明和/或脆性资料。经常使用超短脉冲宽度启动加工的好处包含：资料的全体加热最小，热影响区 (HAZ) 可疏忽不计。与其余类型的激光器相比，这些光源还能提高边缘质量，缩小碎屑发生。
大少数皮秒激光器的 红外 输入均可经过倍频来提供可见绿光或紫外光，而紫外波长通罕用于要求厚道的运行。在这一光带上班的光源通常可以成功较小的焦点光斑尺寸，并在给定光斑尺寸下参与焦点深度或瑞利范围。
这些特性使紫外皮秒激光器成为消费高纵横比特征和更薄切口宽度的首选，由于能成功更准确的深度控制。此外，较大的焦点深度使这些光源更容易运行于宽视场振镜扫描系统。紫外光的穿透力有限，可进一步缩小热影响区 (HAZ)。
剖析实验的具体性能
不过，在任何环境下，应用短脉宽和短波长成功更高的产量都十分艰巨。为了确保 SiC 单晶切割结果的可重复性，必定对不同的系统设计和参数启动实验。MKS/Spectra-Physics 启动了一系列切割实验，以评价紫外皮秒激光器的长处前景，例如更小的焦点光斑尺寸和更大的焦点深度。这些实验还力图成功更大的加工便利性，和更小的热影响区 (HAZ) 。最后，除了权衡这一工艺的技术和经济可行性外，这些实验还旨在钻研各种脉冲串设置或许对结果发生的影响。
在第一轮实验中，经常使用 50 W、355 nm 皮秒激光器对 340 μm 厚的 4H-SiC 晶片样品启动了加工。这台激光器的最大脉冲能量大于 60μJ，在 750 kHz 至 1.25 MHz 的重复频率下提供的平均功率为 50 W。其最高上班频率可达 10 MHz。在 200 至 kHz 的重复频率下启动测试，以确保一切脉冲输入格局坚持相似的脉冲能量敌对均功率水平，从而能够间接比拟结果。
皮秒激光器与双轴振镜扫描仪和 330 mm 焦距 f-theta 物镜配套经常使用。上班面上的焦点光斑尺寸约为 30 μm（1/e2直径）。扫描仪的运转速度范围在 2 至 4 m/s 之间，每次划线均驳回多程次扫描，净切割速度在 12.5 至 25 mm/s 之间。
这些测试中经常使用的激光器支持脉冲串：激光器发射一系列距离很近的子脉冲串，相隔一个时时期隔后，再收回下一个脉冲串序列。通常曾经充沛证明，在许多资料加工状况下，脉冲串可以提高烧蚀率并降落外表毛糙度。
此外，测试中经常使用的激光器支持可 编程 脉冲串。这象征着脉冲串中的脉冲数以及脉冲串中每个脉冲的振幅和时时期隔都是可控的。此外，脉冲串的定时时期颤抖很低，即使在扫描速度很快的状况下，也能够以高精度间接搁置定位在上班面上。这些灵敏的脉冲才干使咱们能够在测试环节中探求宽广的工艺空间。
结果剖析
上方图 2 显示了从单脉冲到 12 脉冲的各种脉冲串性能下，划线深度值与平均激光功率的函数相关。在每次测试中，在资料的同一位置上总共划线 80 次。每个脉冲串在上班面上的位置（总脉冲堆叠）都遭到严厉控制。在这种状况下，脉冲的有效空间堆叠率约为 84%。
图 2. 图中显示了单脉冲（a，上图）和各种脉冲串性能（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相关。数据显示了脉冲串如何提高烧蚀率。
这些结果标明，脉冲串的经常使用大大提高了烧蚀率。这一结果在预料之中，而且与在其余资料中经常使用皮秒激光脉冲串加工的结果分歧。雷同，烧蚀阈值随着每个脉冲串中所含脉冲数的参与而降落（基本上呈对数降落）。这标明许多资料在多脉冲辐照下通常会出现“累积”现象。
3D 和 2D 外表形貌工具均用于准确测量划线深度和边缘质量。经常使用扫描白光干预仪取得的图像进一步显示了划线的细节（图 3）。由于外表润滑且无碎屑，皮秒紫外激光器还成功了另一个预期结果：高质量切割。
图 3. 经过扫描白光干预仪取得的划线结果证明，皮秒紫外激光能够启动洁净、无碎屑的切割。
从上方图 4 中可以得出对划线的进一步定性评价。单幅图像显示了一系列 25 μm 深的凹槽，这些凹槽是经过 1 脉冲、4 脉冲、8 脉冲和 12 脉冲串依次发生的。平均功率依据须要启动调整，以取得每种状况下的最佳成果。上排的四幅图像聚焦在晶片的顶部外表。下排的四幅图像聚焦在刻线的底面。图 4e-h 显示了切割质量与每个脉冲串中脉冲数的函数相关的明晰对比和停顿。
图 4. 25-μm 深凹槽顶部（下图，a-d）和底部 (e-h) 的特写图片。随着脉冲串中脉冲数的参与，不同数值的凹槽显示出切割质量在稳步提高。
划线周围的变色标明外表或基体资料出现了变动，随着脉冲数的参与，这种变色会逐渐隐没。脉冲数越高，进料速率越快，成果也越好。这标明该工艺可以同时保障短缺的产量和良好的质量。
上方图 5 展现了一系列划线底面的高倍加大图，一切划线都是在平均功率为 16 W、净加工速度为 25 mm/s 的相反激光上班条件下成功的。在不同的脉冲值下，每种条件下的划线深度范围从 8 到 25 μm 不等。这种更高分辨率的视图凸显了平滑度随着脉冲数的参与而改善。在平均功率和总体加工速度不变的状况下，调整脉冲输入可使划线深度参与三倍。
图 5. 经常使用皮秒紫外激光器加工可取得极佳的边缘/外表质量，从而凸显更高脉冲计数串的长处 (a-d)
完善技术
在从通常到通常的推进环节中，运行紫外皮秒激光划线 SiC 晶片的后劲体如今应用脉冲串输入来改善加工质量和提高加工速度的才干上。还须要进一步探求，以权衡和评价完整切割 340 μm 晶片的参数和结果。
与此同时，咱们正在钻研如何将传统上用于硅晶片划线的机械锯用于SiC。已宣布的结果标明，这种方法依然存在进料速率有限的疑问，而且会发生少量碎屑，例如在大于10 μm 的芯片中。
虽然如此，机械锯切仍是半导体行业中罕用的方法，任何代替技术都须要在产量、成品率和经营老本方面展现出渺小长处，取得了业界的认可。虽然所取得的紫外皮秒结果在完整切割方面还须要进一步优化，但是成为备选技术后才或许进一步取得继续改良。