水導(dǎo)激光加工案例之金剛石散熱片切割

發(fā)布日期：2026-01-05 13:37 ????瀏覽量：

金剛石憑借其卓越的導(dǎo)熱性能，成為制造高效散熱片的理想材料，但金剛石極高的硬度與熱脆性卻給切割加工帶來了巨大挑戰(zhàn)。而水導(dǎo)激光技術(shù)的出現(xiàn)為解決這些難題提供了一種新的解決方案。

一、金剛石散熱片切割的技術(shù)難點

金剛石散熱片憑借其2000-2200 W/m·K的超高導(dǎo)熱率（是銅的5倍），成為5G芯片、AI處理器等高功率器件的核心散熱材料。但相對應(yīng)也因其特性讓切割加工面臨著核心的挑戰(zhàn)：

熱損傷與石墨化：金剛石熱導(dǎo)率高達2000-2200 W/m·K，傳統(tǒng)激光切割產(chǎn)生的局部高溫（可達1000℃以上），因金剛石導(dǎo)熱過快而無法均勻散失，導(dǎo)致熱應(yīng)力集中，形成肉眼可見的裂紋。有半導(dǎo)體企業(yè)測試數(shù)據(jù)顯示，常規(guī)工藝下切割深度僅0.5mm時，裂紋率即超40%，表面粗糙度高達5μm，遠超電子元件0.5μm的精密要求。
微裂紋與崩邊：金剛石斷裂韌性僅2.0 MPa·m¹/²，機械切割或普通激光加工易產(chǎn)生微裂紋，崩邊率高達45%，且切割深度0.5mm時裂紋率即超40%。
效率與精度矛盾：傳統(tǒng)工藝需多次修整，加工周期長，且難以滿足半導(dǎo)體封裝要求的±3μm側(cè)壁斜度。

二、解決方案：水導(dǎo)激光技術(shù)

技術(shù)原理：

水導(dǎo)激光技術(shù)通過“全反射導(dǎo)光+同步冷卻”實現(xiàn)革命性突破。其核心原理在于：激光束經(jīng)光纖傳輸后，注入細水柱（直徑0.5mm），利用水的高折射率實現(xiàn)全反射導(dǎo)光，使激光能量精準聚焦于切割路徑；同時，水流持續(xù)噴射工件表面，形成即時冷卻層，將熱影響區(qū)壓縮至微米級。

核心突破：微米級切割，切縫寬度窄至25μm，材料損耗減少70%；

有散熱材料供應(yīng)商在2025年量產(chǎn)線上實測：采用水導(dǎo)激光切割的金剛石散熱片，裂紋率降至1.2%，表面粗糙度0.08μm，熱導(dǎo)率保持99.5%的原始水平。這意味著散熱效率提升15%，且可直接用于高功率GPU芯片封裝，顯著降低設(shè)備溫升。

三、應(yīng)用案例

庫維科技成功研發(fā)出基于水導(dǎo)激光技術(shù)的金剛石加工新工藝，該技術(shù)憑借其獨特的加工機理，有效突破了傳統(tǒng)激光加工在大尺寸金剛石材料領(lǐng)域的技術(shù)局限，可實現(xiàn)超大尺寸單晶金剛石切片，切割損耗小于50μm規(guī)格的金剛石材料的高效、高精度切片，填補了該尺寸段工業(yè)化精密加工的技術(shù)空白。

在實際應(yīng)用中，庫維科技將金剛石材料固定在特種夾具上，使用水導(dǎo)激光設(shè)備進行切片加工，切割損耗小于50μm，切片過程中未產(chǎn)生新的裂紋，切面光滑平整無錐度，實現(xiàn)大尺寸金剛石材料的低損耗、高效率、高質(zhì)量加工。對加工完成的金剛石成片的切割面進行了粗糙度檢測，粗糙度Ra=0.337μm，遠低于傳統(tǒng)加工方法的粗糙度值。

2025年3月，國內(nèi)頭部電子散熱企業(yè)“晶芯科技”引入水導(dǎo)激光設(shè)備，應(yīng)用于5G基站散熱模塊的金剛石基板切割。以往其傳統(tǒng)工藝切割1000片散熱片需耗時32小時，廢品率25%；采用新方案后：

效率提升：單片深度劃片時間從40分鐘壓縮至8分鐘，日產(chǎn)能提升5倍；

質(zhì)量飛躍：切割面無熱損傷，粗糙度0.1μm，通過ISO 14644-1潔凈度認證；

成本優(yōu)化：材料損耗率從25%降至3%，單片成本下降40%。

水導(dǎo)激光技術(shù)通過冷加工機制與微米級精度控制，為解決了金剛石散熱片切割的熱損傷與效率難題提供了一種新的解決方案，為高端芯片散熱、航空航天等領(lǐng)域的材料革新提供了核心支撐。2026年全球金剛石精密切割市場將因水導(dǎo)激光技術(shù)迎來復(fù)合增長——微米級的精度，正在為電子散熱的革命奠定基石。

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