CN106216856B - 双焦点激光加工***及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双焦点激光加工***及其加工方法，其包括如下步骤：激光器发射激光束，激光束经第一偏振片分成两激光束：即第一激光束和第二激光束；激光器发射激光时，同时移动LED晶圆片，第一激光束在LED晶圆片的横向切割道的某一个深度内形成第一层炸点，第二激光束在LED晶圆片的纵向切割道的另一个深度形成第二层炸点；第一层炸点在LED晶圆片的发光区产生裂纹，第二层炸点在LED晶圆片的背面产生裂纹；LED晶圆片裂开形成多个芯粒，每个芯粒的切割断面呈不规则台阶状。本发明用于沿着相互交错的切割道分离LED晶圆片，切割的断面是不规则的台阶面，台阶面的产生增大了LED芯粒的发光面积，提高了LED芯粒的发光亮度，本发明有很大的应用前景和推广空间。

Description

双焦点激光加工***及其加工方法

技术领域

本发明属于激光加工领域，尤其涉及一种双焦点激光加工***及其加工方法。

背景技术

在LED晶圆片半导体等激光微细精密加工行业中，一般使用蓝宝石做为衬底材料，在蓝宝石衬底上沉积发光区，发光区的厚度一般只有3至6um，蓝宝石的厚度一般是80-150um。目前一般用激光来加工LED晶圆片，将其分离成单个小的芯粒，激光加工一般从晶圆片的蓝宝石面入射到一定的深度，同时移动载台以实现激光切割分离的目的，对于一定厚度的LED晶圆片，激光加工的工艺对加工的品质有直接影响，如影响LED晶圆的亮度，反向漏电等光电参数。随着LED行业的发展，客户对LED发光亮度的要求逐步提高，LED行业的前段制程工艺，包括外延、光刻、镀膜等也在不断改良以提高LED芯片的发光亮度，激光加工的工艺也在不断改进和发展。

目前采用在LED晶圆片衬底内部形成激光***点的切割方式已经逐步取代激光表面烧蚀切割方法，以提高LED的发光亮度，但随着客户要求的不断提高，需要发展更优良的激光加工方法，以进一步提高LED晶圆的发光亮度。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种切割LED晶圆片、以提高现有的激光加工***所加工的LED晶圆片的发光亮度的双焦点激光加工***及其加工方法。

本发明提供一种双焦点激光加工方法，该方法用于切割LED晶圆片，其包括如下步骤：

第一步：激光器发射激光束，激光束经第一偏振片分成两激光束：即第一激光束和第二激光束；

第二步：激光器发射激光时，同时移动LED晶圆片，第一激光束在LED晶圆片的横向切割道的某一个深度内形成第一层炸点，第二激光束在LED晶圆片的纵向切割道的另一个深度形成第二层炸点；

第三步：第一层炸点在LED晶圆片的发光区产生裂纹，第二层炸点在LED晶圆片的背面产生裂纹，第一层炸点和第二层炸点在X方向、Y方向、以及Z方向均有错位；

第四步：LED晶圆片裂开形成多个芯粒，每个芯粒的切割断面呈不规则台阶状。

本发明又提供一种双焦点激光加工***，该***用于切割LED晶圆片，其包括：激光器、第一偏振片、透镜、第一45°反射镜、第二45°反射镜、第二偏振片、以及聚焦镜；其中，所述激光器发射激光束，激光束经过所述第一偏振片之后，分成相互垂直的两激光束：即第一激光束和第二激光束，第一激光束经过第二偏振片和聚焦镜的聚焦，在LED晶圆片内部形成第一焦点；第二激光束经过透镜改变发散角度，再经过第一45°反射镜、第二45°反射镜、第二偏振片、以及聚焦镜的聚焦，在LED晶圆片内部形成第二焦点，所述第一焦点和第二焦点在X方向、Y方向、以及Z方向三个方向均有错位。

本发明用于沿着相互交错的切割道分离LED晶圆片，激光在LED晶圆片的内部形成***点而切割LED晶圆片，在所述切割轨迹上的切割方式导致切割的断面不是平面，而是不规则的台阶面，由于台阶面的产生使最终单个LED芯片的发光面积增大使其发光亮度提高，台阶面的产生增大了LED芯粒的发光面积，从而提高了LED芯粒的发光亮度，本发明在现有LED晶圆激光加工行业有很大的应用前景和推广空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明LED晶圆片的结构示意图；

图2为本发明LED晶圆片在X方向断面形成台阶的示意图；

图3为本发明LED晶圆片在Y方向断面形成台阶的示意图；

图4为本发明实施的激光加工外光路***示意图。

具体实施方式

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1所示为LED晶圆片的结构示意图，相互垂直交错的多个横向切割道12和多个纵向切割道13布满整个LED晶圆片10，其中，横向切割道12沿X方向设置，纵向切割道13沿Y方向设置。LED晶圆片10由该多个横向切割道12和多个纵向切割道13被分隔成多个芯粒11。

通过移动LED晶圆片10，激光分别沿着对应的横向切割道12和纵向切割道13进行切割，最终分离LED晶圆片10成为多个单个芯粒11并且在LED晶圆片10切割断面形成不规则台阶。

激光加工时，依序沿着横向切割道12和纵向切割道13完成切割，横向切割道12和纵向切割道13具有一定的宽度，激光切割沿着横向切割道12和纵向切割道13的中心进行以避免对芯粒11的发光区产生影响。

图2所示为LED晶圆片的激光加工断面图，LED晶圆片10设有一层发光区4以及与该发光区4相对的背面9，在LED晶圆片10的制程中，一般采用化学气象沉积法在LED晶圆片10上生成该发光区4，发光区4的厚度一般是5-10um，LED晶圆片10的厚度一般是80-150um。在发光区4上周期性排列多个正电极5和多个负电极6。

本发明实施提供的LED晶圆片激光加工方法，在LED晶圆片10的厚度方向内部形成两个：即第一焦点Fa和第二焦点Fb，第一焦点Fa和第二焦点Fb在X方向、Y方向、以及Z方向三个方向均有一定量的错位，在移动LED晶圆片10实现切割加工之后，第一焦点Fa对着横向切割道12的中心进行切割，第二焦点Fb对着纵向切割道13的中心进行切割，并在切割形成的单个芯粒11的断面形成不规则台阶面，以增大发光面积从而提高LED晶圆片10的发光亮度。

如图3所示，在X方向和Y方向都经过上述方式激光加工之后，从Y方向的断面来看，X方向的台阶面具有位于一侧边的第一侧面3、以及位于另一侧边且与该第一侧面3相对的第二侧面8，Y方向的断面也有两层激光炸点，即通过激光加工方法，多个第一焦点Fa分别在X、Y、Z三个方向形成第一层激光炸点7，多个第二焦点Fb分别在X、Y、Z三个方向形成第二层激光炸点2，第一层激光炸点7和第二层激光炸点2在X、Y、Z方向也有错位。这样加工之后断面的面积与常规的激光加工方法相比，明显增大，目前常规的激光加工方式最终的产品的断面一般是一个平面，经过大量实验数据测试，这样的激光加工方式由于断面不规则台阶的产生使发光面积增大，与目前常规的激光加工方法相比，可以使LED晶圆片的发光亮度整体提高3-5％。

图4所示为本发明双焦点激光加工***，本双焦点激光加工***同时在LED晶圆片10内部形成X方向、Y方向、以及Z方向三个方向均有错位的第一焦点Fa和第二Fb。

本双焦点激光加工***包括：激光器20、第一偏振片21、透镜22、第一45°反射镜23、第二45°反射镜24、第二偏振片25、以及聚焦镜26。其中，偏振片21、第二偏振片25、以及聚焦镜26依序设置，激光器20、第一45°反射镜23、以及第二45°反射镜24依序设置，反射镜24和聚焦镜26依序设置。

其中，激光器20为窄脉宽皮秒激光器，其波长为1064nm，其脉冲宽度小于500ns。

激光器20发射激光束，激光束经过第一偏振片21之后，分成相互垂直的两激光束：即第一激光束和第二激光束，第一激光束经过第二偏振片25和聚焦镜26的聚焦，在LED晶圆片20内部形成第一焦点Fa；第二激光束经过透镜22改变发散角度，再经过第一45°反射镜23、第二45°反射镜24、第二偏振片25、以及聚焦镜26的聚焦，在LED晶圆片20内部形成第二焦点Fb。

通过调试第一45°反射镜23和第二45°反射镜24的角度以及透镜22的位置，可以使第一焦点Fa和第二焦点Fb在X方向、Y方向、以及Z方向三个方向产生偏移和错位、同时产生第一层激光炸点7和第二层激光炸点2，类似图3所示。合理调试两层激光炸点的距离、功率、频率等，使激光加工后发光区4和背面9保持良好的切割外观，同时在LED晶圆片10的切割形成的芯粒11的切割断面上形成不规则台阶。

通过激光束的发射和聚焦同时移动LED晶圆片20，使第一激光束在LED晶圆片20的横向切割道12的某一个深度内形成第一层炸点7，如图3所示，所述第一层炸点7在LED晶圆片20厚度方向较深的位置，第一层炸点7距离发光区4的距离较小，第一层炸点7距离晶圆片背面9较远。由于第一层炸点7距离发光区4的距离较小，使发光区4产生裂纹而裂开；由于第一层炸点7距离LED晶圆片10的背面9较远，背面9未产生裂纹，没有发生开裂。

同时，通过激光束的发射和聚焦同时移动LED晶圆片20，使第二激光束在LED晶圆片20的纵向切割道13的另一个深度形成第二层炸点2，第二层炸点2距离发光区4较远，而距离LED晶圆片20的背面9的距离较近，第二层炸点2的产生使LED晶圆片20的背面9产生裂纹和开裂，由于第二层炸点距离发光区4较远，对发光区4的裂纹不产生影响。

即：第一层炸点7与LED晶圆片20的背面9之间的距离大于第二层炸点2与LED晶圆片20的背面之间的距离；第一层炸点7与LED晶圆片20的发光区4之间的距离小于第二层炸点2与LED晶圆片20的发光区4之间的距离。

经过第一层炸点7和第二层炸点2分别在发光区4和LED晶圆片20的背面9产生裂纹，由于第一层炸点7和第二层炸点2在X方向、Y方向、以及Z方向均有错位，LED晶圆片20最终裂开分离形成多个芯粒15，每个芯粒15的断面呈不规则台阶状态。

采用合适的激光加工功率和频率，使发光区4的裂纹和LED晶圆片10的背面9的裂纹直线度达到最佳，从而使晶圆片最终分离成单个芯粒之后，发光区和背面的加工外观良率不受断面台阶的影响。

本发明还提供一种双焦点激光加工方法，包括如下步骤：

第一步：激光器20发射激光束，激光束经过第一偏振片21分成两激光束：即第一激光束和第二激光束；

第二步：激光器20发射激光时，同时移动LED晶圆片10，第一激光束在LED晶圆片20的横向切割道12的某一个深度内形成第一层炸点7，第二激光束在LED晶圆片20的纵向切割道13的另一个深度形成第二层炸点2；

第三步：第一层炸点7在LED晶圆片20的发光区4产生裂纹，第二层炸点2在LED晶圆片20的背面9产生裂纹，第一层炸点7和第二层炸点2在X方向、Y方向、以及Z方向均有错位。

第四步：LED晶圆片20裂开形成多个芯粒15，每个芯粒15的切割断面呈不规则台阶状。

其中，第一步包括如下步骤：第一激光束经过第二偏振片25和聚焦镜26的聚焦，LED晶圆片20内部形成第一焦点Fa；第二激光束经过透镜22改变发散角度，依序经过第一45°反射镜23、第二45°反射镜24、第二偏振片25、以及聚焦镜26的聚焦，在LED晶圆片20内部形成第二焦点Fb。

其中，第三步包括如下具体步骤：调试第一45°反射镜23和第二45°反射镜24的角度以及透镜22的位置，第一层炸点7和第二层炸点2在X方向、Y方向、以及Z方向三个方向产生偏移和错位。

本发明LED晶圆片激光加工方法，通过一种在LED晶圆片的切割断面形成不规则台阶的加工工艺，使LED晶圆片的发光面积增大从而使其发光亮度提高，并且本发明实施提供的激光加工工艺方法不对LED晶圆片的加工外观产生不良影响。本发明实施的激光加工方式操作简单，对亮度的提升明显，在LED晶圆激光加工行业有很大的应用前景和推广空间。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双焦点激光加工方法，该方法用于切割LED晶圆片，其特征在于，其包括如下步骤：

第一步：激光器发射激光束，激光束经第一偏振片分成两激光束：即第一激光束和第二激光束；

第二步：激光器发射激光时，同时移动LED晶圆片，第一激光束在LED晶圆片的横向切割道的某一个深度内形成第一层炸点，第二激光束在LED晶圆片的纵向切割道的另一个深度形成第二层炸点；

第三步：第一层炸点在LED晶圆片的发光区产生裂纹，第二层炸点在LED晶圆片的背面产生裂纹，第一层炸点和第二层炸点在X方向、Y方向、以及Z方向均有错位；

第四步：LED晶圆片裂开形成多个芯粒，每个芯粒的切割断面呈不规则台阶状；其中所述第一层炸点与LED晶圆片的背面之间的距离大于第二层炸点与LED晶圆片的背面之间的距离；所述第一层炸点与LED晶圆片的发光区之间的距离小于第二层炸点与LED晶圆片的发光区之间的距离。

2.根据权利要求1所述的双焦点激光加工方法，其特征在于：所述第一步包括如下步骤：第一激光束经过第二偏振片和聚焦镜的聚焦，LED晶圆片内部形成第一焦点；第二激光束经过透镜改变发散角度，依序经过第一45°反射镜、第二45°反射镜、第二偏振片、以及聚焦镜的聚焦，在LED晶圆片内部形成第二焦点。

3.根据权利要求1所述的双焦点激光加工方法，其特征在于：所述第三步包括如下具体步骤：调试第一45°反射镜和第二45°反射镜的角度以及透镜的位置，第一层炸点和第二层炸点在X方向、Y方向、以及Z方向三个方向产生偏移和错位。

4.根据权利要求1所述的双焦点激光加工方法，其特征在于：所述激光器为窄脉宽皮秒激光器。