汇专超声机床实现CVD碳化硅SiC喷淋盘阶梯孔高精稳定加工

碳化硅（SiC）是一种性能优异的结构陶瓷材料，因具备密度高、热传导率高、弯曲强度大、弹性模数大、抗腐蚀性强、耐高温等特性，成为半导体制造的理想材料。其中，通过化学气相沉积（CVD）工艺制备的碳化硅材料，兼具更高的均匀性和纯度，被广泛应用于半导体刻蚀设备的关键零部件制造。

CVD碳化硅（SiC）喷淋盘是芯片制造设备刻蚀机的核心部件之一，其表面密布微孔，需保证高度均匀性和一致性，对加工精度和稳定性有着严苛要求。然而，CVD碳化硅（SiC）属于典型的难加工硬脆材料，使用传统方案加工面临诸多难题，材料本身硬度高、弹性模量大、脆性极强，微孔钻削/铣削时，刀具刃口极易微崩、磨粒磨损，导致刀具磨损加快；应力易集中于孔/槽的进出口位置，低断裂韧性使材料极易发生脆性断裂，破坏边缘质量，加工过程中极易崩边；机械应力与热应力协同作用，极易在加工表面及亚表面形成微裂纹，影响部件可靠性。目前，高精度碳化硅喷淋盘仍需要依赖国外进口。

一、汇专整体解决方案

汇专深耕超声绿色技术领域多年，在先进材料超深微孔加工方面积累了丰厚经验。近期，汇专在CVD碳化硅（SiC）喷淋盘D1.0/D0.5mm阶梯孔加工项目中，使用最新研发的超声钻铣加工中心UDM-600，搭配第七代超声加工技术、超声振幅测量仪、断刀预警监控系统TBPS、高精度超声刀柄、高效飞速 PCD钻头，取得创新突破：单个阶梯孔加工时间缩短41%，刀具寿命提升超105.3%，刀具成本减少50.59%，孔口崩边量≤0.029mm，孔真圆度、直径、位置度、同心度、孔壁表面裂纹、粗糙度等关键指标均大幅优于客户目标值，为CVD碳化硅（SiC）喷淋盘打孔提供高精稳定解决方案。

解决方案产品：

（一）超声钻铣加工中心UDM-600

汇专超声钻铣加工中心UDM-600配置整体式超声电主轴，最高转速可达40,000rpm，光栅尺全闭环控制，全行程定位精度2μm，重复定位精度1.5μm，X/Y/Z轴可选配直线电机，快移速度可达60m/min。

该加工中心采用铸铁龙门结构设计，稳定性高，抑振能力强；通过有限元分析优化机床结构，具有优异的动态加工性能；高刚性滚珠导轨，精度稳定。直线电机驱动方式，零传动，彻底消除间隙、弹性变形和磨损；配合光栅尺，实现“无间隙全闭环控制”；有效避免机床在钻孔过程中因Z轴高频反复运动导致的丝杠磨损问题，为机床精度提供长效保障。

（二）第七代超声加工技术

汇专自主研发的超声加工技术历经七次迭代升级，在超声发生器性能与超声刀柄结构设计方面持续优化，集成正弦波驱动专利技术、振幅线性控制技术、自适应控制技术及超声通信系统，实现超声能量的精准调控与高效传输，有效解决硬脆材料、复合材料、难加工金属材料、工程塑料等材料加工难题。

智感型超声发生器

 

超声刀柄

汇专第七代超声加工技术超声刀柄结构设计优化，结构更紧凑，兼具强刚性与高精跳动特点，可高效匹配整体PCD微钻，是CNC超声钻孔的优选利器，显著提升加工效率与刀具寿命。超声发生器软件控制，增加谐振点线性拟合技术，超声振幅0.5-5μm，抗干扰能力强、跟频速度提高，超声振幅在长期加工过程中表现出卓越的稳定性与可靠性。

（三）超声振幅闭环控制系统

超声振幅闭环控制系统由数控系统、超声发生器、超声振幅测量仪组成，加工前设定目标超声振幅与频率，通过测量仪在线测量实际振幅，使实际振幅在预设范围内进行加工，超声系统实时监控超声刀柄电压电流相位变化，并动态调整超声输出功率与频率，自适应补偿刀具磨损或工况变化对超声振幅与频率的影响，维持稳定状态，实现超声异常状态反馈。

其中，超声振幅测量仪集成多重功能，除超声振幅在线测量外，还可实现刀长、刀径检测，刀具位置校准，测量最大振幅60μm，测量精度±0.5μm，测量刀径范围0.3-55mm，频带范围100kHz，激光功率1mW、波长650nm，防水等级IPX8，确保超声加工效果保持稳定。

（四）断刀预警监控系统TBPS

在各类先进材料的微孔加工中，刀具磨损乃至断裂是导致工件报废、提高加工成本的核心痛点，而刀具的实时状态往往因工艺与加工环境限制难以直接观测。汇专推出的断刀预警监控系统TBPS，具备无损安装、实时感知、精准预警、有效防报废等优势，可在不中断加工的情况下实时监测刀具状态，有效避免传统加工“被动止损”的情况。

断刀预警监控系统TBPS采用高精传感器采集数据，边缘终端作为数据处理与决策中心，实现快速响应；具备实时通讯与状态判断功能，与机床实时通讯，精准识别加工状态，实现对生产过程深度监控；通过数据驱动的智能分析，搭载自研算法，对切削负载信号做特征解析，自动生成加工状态可视化曲线，直观呈现复杂加工工况；可实现毫秒级异常精准预警，实时监测分析加工状态，刀具崩刃、断刀时毫秒级快速报警，杜绝废品产生、减少非计划停机。

二、CVD碳化硅（SiC）喷淋盘阶梯孔加工案例分享

材料：CVD碳化硅（SiC）

硬度：HV 3,150

加工特征：D1.0x6.9/D0.5x5.5mm阶梯孔钻孔

CVD碳化硅（SiC）喷淋盘材料硬度高，使用传统方案加工，工件易崩缺，刀具易折断；在该加工项目中，客户要求的加工孔径小，孔壁质量要求高，表面粗糙度需控制在Sa0.2μm以内，孔位置度与真圆度要求极为严苛，加工难度大；产品共含1,009组孔，单孔断刀将导致工件整件报废，风险高。

汇专超声加工优势：

（1）加工时间

D1.0/D0.5mm单个阶梯孔加工时间从14分25秒缩短至8分30秒，缩短41%。

（2）刀具寿命

高效飞速PCD钻头更耐磨；可稳定加工390个D1.0孔，刀具寿命提升105.3%；可稳定加工320个D0.5孔，刀具寿命提升100%。

（3）刀具成本

加工单个工件所需刀具从11.617支减少至5.74支，刀具成本减少50.59%。

（4）孔真圆度

客户目标值≤0.02mm；汇专超声方案加工D1.0孔，孔真圆度范围0.006mm- 0.009mm；汇专超声方案加工D0.5孔，孔真圆度范围0.004mm-0.007mm。

（5）孔直径

孔径公差 ±0.02mm；汇专超声方案加工D1.0孔，孔径范围0.985mm-1.018mm；汇专超声方案加工D0.5孔，孔径范围0.493mm-0.516mm。

（6）孔位置度

客户目标值≤0.1mm；汇专超声方案加工D0.5孔，孔位置度范围0.015mm-0.032mm。

（7）孔同心度

客户目标值≤0.05mm，汇专超声方案加工孔同心度≤0.023mm，优于目标值54%。

（8）孔壁表面裂纹

传统方案加工，放大至1,000倍观察，存在明显裂纹；汇专超声方案加工，放大至1,000倍观察，无较大裂纹。

（9）孔壁粗糙度

传统方案加工，D1.0孔平均粗糙度0.083μm，汇专超声方案加工平均粗糙度Sa 0.022μm，降低73.5%；传统方案加工，D0.5孔平均粗糙度Sa 0.053μm，汇专超声方案加工平均粗糙度Sa 0.018μm，降低66%。

（10）孔口崩边量

客户目标值≤0.05mm；使用显微镜放大至90倍检测，孔口崩边量≤0.029mm。

CVD碳化硅（SiC）喷淋盘的卓越加工效果，不仅充分体现了汇专创新产品的技术实力，更是汇专在高端制造领域持续深耕的生动缩影。未来，汇专将不断加强超声绿色技术产品研发投入，致力为更多行业客户提供高效、高质、环保的超声绿色加工整体解决方案。