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剑芯光电正在让金刚石从"奢侈品"变成工业材料

来源:中国产业新闻网 2026-11-06 18:34:19

  散热片、光学窗口、功率器件热管理、声学器件、量子光学……金刚石凭借高导热、宽透光波段和超硬特性,正在越来越多工业场景里替代传统材料。但产业要起量,先要过一道关:切。

  金刚石是目前已知硬的材料,同时透明、导热快、脆性大。它"听得进道理,听不进刀"——切它,历来是金刚石产业链上费钱、影响良率的环节之一。

  第二道坎:切缝损耗,切掉的都是钱。 金刚石按克拉计价,机械切割的切缝宽度动辄几百微米,切缝里的材料全部变成废料。材料越贵,这道损耗就越扎眼。此外机械方式还有刀具磨损的账——金刚石硬碰硬,刀轮上的金刚石磨粒和结合剂在切削中不断磨耗脱落,刃口变钝、刀径变小,属于消耗品。批量生产时,刀具消耗加上更换、对刀带来的停机,都是成本表上的固定项。

  第三道坎:传统激光的"够不着"。 用激光烧蚀切割,理论上可行,实际有局限:常规高斯光束焦深短,切厚材料要分层多次扫描,效率上不去;能量集中在表面附近,热影响区控制不好就产生裂纹和崩边——对金刚石这种导热极快的材料,热裂纹问题尤其突出。

  SLM是怎么解这道题的

  空间光调制器(SLM)做的事情,一句话概括:给激光"整形"。

  激光器输出的原始光斑是固定的高斯分布,而SLM是一块可编程的相位器件,能按需把光重新分布。在金刚石隐切工艺里,这种"塑形"能力正好踩在痛点上:

  第一步:剥离的前提,是在金刚石内部“写”出一层可分离的改质层

  金刚石在近红外波段是透明的,激光可以穿过表面,聚焦到内部预定深度。焦点处的能量密度足够高时,会局部破坏C-C键,使金刚石石墨化或非晶化,形成一个“改质点”。当这些改质点密集到一定程度、连成连续的一层,改质层与非改质区之间就产生了应力差异,后续通过应力释放或外力,就能沿着这一层把晶片剥离下来。没有SLM,这件事也能做,但用的是单焦点、逐点扫描,效率受限于“一次只有一个点”。

  第二步:SLM的核心作用,是把“一个失真的焦点”变成“一组受控的焦点”

  金刚石折射率很高,激光往深处走时,界面折射会引入严重的球差——焦点不再是理想的点,而是沿轴向拉长、能量弥散,改质层的深度和均匀性随之失控。

  SLM在这里做的是相位调制。它不直接“放大”或“缩束”,而是给光束的波前“预置”一个相反的相位图案(通过加载计算全息图,CGH),让光在进入金刚石之后,恰好抵消掉材料带来的球差,把焦点重新收拢回该在的位置。同时,SLM还能通过相位设计,把一束入射光分裂成多个独立焦点,每个焦点的位置和能量都可以独立控制。

  这一步的本质,是把“材料说了算”的焦点,变回“光场设计说了算”的焦点。

  第三步:多焦点并行,把“逐点写”变成“同步成面”

  单个改质点只是“点”。要形成连续的改质层,需要沿路径密集排布改质点。SLM生成的多焦点阵列,让多个焦点在金刚石内部不同位置同时聚焦、同步扫描,一次性写出一排改质点,而不是一个点一个点地追。

  所以,SLM在金刚石剥离中的原理,一句话收拢就是:用相位调制校正材料引入的像差,用全息算法把单焦点变成均匀多焦点阵列,在金刚石内部同步“写”出一层深度一致、分布连续的改质层,让剥离从“单点试探”变成“面域可控”。

  这条路线,已经是大势所趋

  三个信号可以说明问题:

  · 需求端:5G/6G射频与功率器件的热管理、大功率激光器散热、光学窗口等应用持续放量,金刚石精密加工需求快速增长;

  · 工艺端:超快激光加整形光束,已经是硬脆材料隐切设备的主流技术路线,新机型普遍在光路里预留了波前整形模块;

  · 器件端:SLM正从实验室里的科研器件,走向设备厂供应链里的工业器件。能不能稳定供货、批次一致,成了设备厂商选型时的新考题——这也是国产原厂的机会所在。

  激光器决定"有多强的光",SLM决定"光以什么形状干活"。金刚石隐切这类精细工艺,光束整形器件的位置只会越来越重要。

  剑芯光电:已经在客户现场出货的方案

  讲工艺的文章很多,能出货的方案不多。

  剑芯光电是自产自研的原厂,核心研发团队的技术积累源自英国剑桥大学。在金刚石隐切方向,方案已有实际出货——不是停留在PPT和样品阶段,而是经过了检验的交付。

  · 懂工艺的器件:剑芯光电不只提供一块SLM,还提供与隐切工艺配套的选型建议,团队懂芯片也懂激光加工,能和你的工艺工程师直接对话;

  · 标准化的工业产品:接口统一、批次一致、标定曲线随箱提供,从样机验证到批量装机,同一型号持续供应;

  · 原厂直服的货期与售后:自主生产、交期明确,项目紧急可协调排产;相位设计、驱动、标定问题直接对接研发工程师。

责任编辑:辛文
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