CN107262937B - 一种激光切划装置 - Google Patents

Abstract

一种激光切划装置，该装置包括一激光器，用于发出激光光束；一衍射光学镜片和一聚焦镜，所述激光光束通过所述衍射光学镜片和聚焦镜后，在工件上、下表面和中间分别形成聚焦点，所述聚焦点的形状为椭圆形，沿工件的厚度方向延伸，所述的工件的中间形成的聚焦点椭圆延伸长度大于所述工件上、下表面形成的聚焦点的椭圆形延伸长度。

Description

一种激光切划装置

技术领域

本发明属于激光切划术领域，涉及一种激光切划装置，适用于对所应用激光波长透明的材料，工件较厚，且要求无热影响区，无崩边的激光切划。

背景技术

随着科学技术的进步和发展，激光已经作为一种工具应用在各行各业。由于激光的高亮度高强度的特性，且激光光斑的尺寸可以通过聚焦镜聚焦到微米量级，因此激光加工技术在有着高精度加工要求的行业中备受青睐，尤其是对于陶瓷、单晶硅和蓝宝石等高、硬、脆等难以加工的切划技术中，激光加工技术尤为受欢迎。

以半导体行业为例，晶圆的切片工艺是后道装配工艺中的第一步。该工艺将晶圆分成单个的芯片，用于随后的芯片键合、引线键合和测试工艺。当芯片尺寸越来越小，集成度越来越高，传统的机械切片技术产能下降，破片率上升，产生的废品率增加。在这种情况下，激光切划技术得以显现优势。由于激光属于无接触式加工，不对晶圆产生机械应力的作用，对晶圆损伤较小。因此激光晶圆切片技术得到大力的发展。

虽然，激光这个技术在很大程度上缓解了上述缺陷，然而在激光技术使用时，其热影响区过大及熔渣喷溅污染的问题仍未妥善解决，这些缺点足以影响或破坏芯片的性能，特别是透明材料，对熔渣污染问题尤为明显。特别是对高硬高脆材料进行传统激光加工后，裂片崩边问题尤为明显。即使是业内已经采取的对基底材料内部切划的方式进行，然而在裂片时，位于表面的划痕依然会出现崩片现象。

基于以上问题，如何更好的抑制裂片时的崩片现象成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决对于激光波长透明的基底材料，在常规的激光切划划片技术中出现的热影响区过大及熔渣喷溅污染的问题，裂片时崩边问题，背面镀层剥落烧蚀问题，本发明提出一种激光内部切划装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种激光切划装置，包括一激光器，用于发出激光光束；一衍射光学镜片和一聚焦镜，所述激光光束通过所述衍射光学镜片和聚焦镜后，在工件上、下表面和中间分别形成聚焦点，所述聚焦点的形状为椭圆形，沿工件的厚度方向延伸，所述的工件的中间形成的聚焦点椭圆延伸长度大于所述工件上、下表面形成的聚焦点的椭圆形延伸长度。

作为本发明的一实施方式，所述的激光光束通过所述衍射光学镜片和聚焦镜后，在所述工件上、下表面和中间同时形成切划。

作为本发明的一实施方式，所述激光器的选择与工件的材料有关，要求所述激光光束能够透过所述工件，在所述工件下表面形成聚焦点。

作为本发明的一实施方式，根据所述激光器的频率，调整所述工件水平方向运动的速度，以便使同一面上相邻光斑具有一定的间距或光斑重叠。

作为本发明的一实施方式，还包括一CCD相机和激光精密切划头，所述的衍射光学镜片和聚焦镜安装于所述的激光精密切划头内，所述的CCD相机与所述激光精密切划头同轴连接，对聚焦位置进行自动识别定位。

作为本发明的一实施方式，所述的衍射光学镜片可以是微阵列透镜或自适应镜片。

作为本发明的一实施方式，所述的聚焦点为三个，上、下两聚焦点用于工件上、下表面应力生长，中间聚焦点用于工件快速切划。

作为本发明的一实施方式，所述的工件上、下表面的聚焦点形成的切划道位于所述工件上、下表面内部。

作为本发明的一实施方式，所述的工件为多层结构，所述的多层结构包括所述工件和在所述工件上、下表面形成的镀层结构。

作为本发明的一实施方式，所述工件上、下表面的聚焦点形成的切划道位于所述工件和所述镀层结构的结合处。

本发明提供一种影响区域小，无熔渣喷溅污染的激光切划装置，成品率高，生产效率相对现有技术大幅提高。在工件上、下表面内部形成不同形状切划道，或在工件的上、下表面其厚度方向的中间位置进行切划，切划效果好，裂片时崩边缺陷小，直线度高，可达到1um，背面镀层剥落烧蚀问题得到很好的解决。如果一次形成此三焦点，切划一次即可实现多种厚度产品分割，如果对加工效率要求不高，也可以分三次切划，第一次先切划底面内切划道，第二次切划中间长条切划道，第三次切划上表面内切划道，可以实现同时切划三道的加工效果，只是使用时间较长。

附图说明

图1为本发明的激光切划装置示意图；

图2为激光划切效果示意图；

图3为激光划切效果另一示意图；

图4为激光划切工件应力方向示意图；

图5为工件不同厚度时激光聚焦点的示意图；

图6为工件不同厚度时另一激光聚焦点的示意图；

图7为图1的A部放大图。

图中各标记的含义如下：

1：激光器；

2：光路；

3：激光精密切划头；

4：激光光束；

5：衍射光学镜片；

6：聚焦镜；

7：工件；

8：聚焦点；

9：CCD；

10：切划道；

11：镀层；

M：工件的运动；

D：聚焦点之间的水平距离；

Y：应力方向；

H：工件厚度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述：

如图1所示，本发明涉及一种激光切划装置，激光切划装置包括的光路2将激光器1发出的激光光束4传输到激光精密切划头3中，激光精密切划头3中设置有衍射光学镜片5和聚焦镜6，通过衍射光学镜片5和聚焦镜6后的激光光束在工件7的上表面和下表面以及工件7的厚度方向的中部分别形成聚焦点8；当工件7相对于激光光束4运动M时，激光在工件上、下表面内部和中间同时作用；当调整运动M的速度使聚焦点有一定的光斑重叠率或间隔时，在工件上、下表面和中间形成切划划道10；CCD9对工件7上的切划划片位置进行自动识别定位。其中在靠近工件7上、下表面的聚焦点处形成的聚焦点与在工件7的厚度方向的中部形成的聚焦点的激光功率不同，以及配合使用相适应的衍射光学镜片和聚焦镜，从而形成的聚焦点8的形状不同。作为本实施例的一优选方式，如图2所示，聚焦点8的形状为椭圆形，工件7厚度方向中部的聚焦点8沿厚度方向的椭圆形延伸长度大于上、下表面形成的聚焦点8的椭圆形延伸长度。作为本实施例的另一优选方式，形成于工件7上、下表面的聚焦点8形成的切划道10位于上、下表面内部，从而形成内部多层切划。由此可以降低表面的切划造成的熔渣并降低热影响区，提高崩片效果。本发明的激光切划装置能在工件上、下表面内和中间都使用不同功率的激光进行划切，从而形成不同尺寸和形状的切划道10，将工件厚度方向中间的切划道10作为裂片时的切划划道，将厚度方向上靠近上下表面的切划道10作为裂片时的应力生长控制点，中间聚焦点形成工件7快速切划裂片的切划道，裂片时上下表面的切划道10导向内部切划道10的应力生长，方便裂片，提高生产效率和成品率。

如图3所示，可以通过调整运动M的速度，当激光聚焦点8光斑有一定的重叠率时，在工件7的上、下表面内和中间分别形成一切划道10。

本发明的激光切划装置，在使用过程中，将工件7放置好后，CCD9对工件7上的切划位置进行自动识别定位后，发出信号使激光器1出光；激光器1发出的激光光束4通过衍射光学镜片5和聚焦镜6后，在工件7上、下表面内和中间位置各自形成聚焦点8；工件7相对激光光束4进行水平M方向运动，相邻聚焦点之间的水平距离D由水平方向运动M的速度确定，根据激光器的频率，调整水平方向运动M的速度，使激光聚焦光斑在同一面上有一定的重叠率或间距，当运动M完成后，在靠近工件上、下表面和中间形成切划道10；由于仅在聚焦点8处的激光能量才足以破坏工件材料，远离聚焦点8的位置不会受到激光的破坏作用；由于靠近工件7上、下表面及工件7内部形成切划道10，只要外界稍有应力(例如温变、扩膜等)，工件7材料就会沿着上、下表面和中间切划道10裂开，即完成激光切划。相较于常规的激光划片在工件形成划槽时，对于激光能量不加区分，从而形成同一规格的切划划道10，后续的裂片过程中，靠近上下表面的划道容易产生崩片现象。

本发明的激光切划装置中，激光光束4通过衍射光学镜片5和聚焦镜6后在工件7上、下表面及工件中部分别形成厚度方向延伸的椭圆形切划道10，使得裂片效率更高，保证切划质量。

如图4所示，本发明的聚焦点8为定制光斑，聚焦点8作用在工件7上时，聚焦点8的三光斑形成椭圆的长条，长条形成在工件厚度方向上，应力方向Y也在工件厚度方向上，由此导致工件更容易裂片。提高产品的裂片效果。

本发明的激光内部切划装置中，激光器1的选择与工件7的材料有关，要求所选激光器1的波长对工件7能够透射，能使激光光束4透过工件7，在工件的表面内也形成聚焦点。激光器的波长范围在200nm到2000nm，脉宽范围在10fs到200ns。

本发明的激光切划装置中，所述激光器1的选择与工件7的材料有关，要求所述激光光束能够透过所述工件，在工件7中部和下表面形成聚焦点。聚焦点的位置和能量对应于不同的衍射光学镜片和聚焦镜。根据实际工件的厚度，选择不同的衍射光学镜片和聚焦镜，使三个焦点位于工件上表面和下表面内和工件中心。

以上实施方式也并非为了限制本发明的保护范围，本发明的聚焦点也并非必须限定为3层，如图5所示，在工件7较厚时，比如对于SiC基片的工件，工件厚度H超过350um时，为了使裂片更加容易，提高切划质量和效率，可以配合设计衍射光学镜片和聚焦镜，在工件上、下表面内形成聚焦点，还在工件7的工件厚度方向的中间位置也形成一个长条聚焦点8。该实施例中的聚焦点8也可以根据产品厚度调节光斑的长度。同时在工件较薄时，如小于100um的Si片，上下两个焦点即可达到应力生长，达到裂片的要求，所以可以不用中心长焦点8。

作为本发明的另一实施方式，如图6所示，本发明的工件7也可以是在工件7的表面有镀层11或多层材料的情形，聚焦点8形成在工件7的上下表面的镀层11内部，并在镀层11内部作用后形成切划道10，优选的，是将聚焦点8形成在工件上、下表面处与镀层11结合处，避免在镀层表面发生崩边现象。

本发明的激光切划装置中，对激光器1的能量有所要求，如图7所示，要求聚焦点8位于上方的聚焦点8a的激光能量密度恰好能够进入工件7材料，远离聚焦点8的位于下方的聚焦点8c处的激光能量则不足以破坏工件7材料，要考虑上、下表面激光聚焦点的能量分配，8c的能量进入工件前能量大于8a，但实际进入工件后，因为考虑到工件内能量的吸收，内部焦点处实际作用能量8c和8a基本一致(上下材料一致，如果上下镀层厚度或材料不同，8c和8a的可能会不同)，作用在工件7下表面的激光光束在透过工件时，要避免工件热吸收，而破坏材料性能，同时要足以在表面内部形成切划道10，提高后续的裂片质量和效率，本领域技术人员可根据工件7的材料确定合适能量的激光器1和针对的衍射光学镜片5。

以上实施方式仅是为说明本发明的技术方案而做的具体说明，并不用于限定本发明的具体保护范围，本发明上述实施例中的衍射光学镜片也可以是微阵列透镜，或者也可以是自适应镜片，或其他本领域所知的实现相同作用的结构。

需要强调的是，这种激光切划装置并未做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质进行的简单修改，等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种激光切划装置，包括

一激光器，用于发出激光光束；

一衍射光学镜片和一聚焦镜，所述激光光束通过所述衍射光学镜片和聚焦镜后，在工件上、下表面和中间分别形成聚焦点以便同时形成切划，所述聚焦点的形状为椭圆形，沿工件的厚度方向延伸，所述的工件的中间形成的聚焦点椭圆形延伸长度大于所述工件上、下表面形成的聚焦点的椭圆形延伸长度，其中上、下两聚焦点用于工件上、下表面应力生长控制，中间聚焦点用于工件快速切划。

2.如权利要求1所述的激光切划装置，其特征在于：所述激光器的选择与工件的材料有关，要求所述激光光束能够透过所述工件，在所述工件下表面形成聚焦点。

3.如权利要求1所述的激光切划装置，其特征在于：根据所述激光器的频率，调整所述工件水平方向运动的速度，以便使同一面上相邻光斑具有一定的间距或光斑重叠。

4.如权利要求1所述的激光切划装置，其特征在于：还包括一CCD相机和激光精密切划头，所述的衍射光学镜片和聚焦镜安装于所述的激光精密切划头内，所述的CCD相机与所述激光精密切划头同轴连接，对聚焦位置进行自动识别定位。

5.如权利要求1所述的激光切划装置，其特征在于：所述的衍射光学镜片是微阵列透镜或自适应镜片。

6.如权利要求1所述的激光切划装置，其特征在于：所述的聚焦点为三个。

7.如权利要求1所述的激光切划装置，其特征在于：所述的工件上、下表面的聚焦点形成的切划道位于所述工件上、下表面内部。

8.如权利要求1所述的激光切划装置，其特征在于：所述的工件为多层结构，所述的多层结构包括所述工件和在所述工件上、下表面形成的镀层结构。

9.如权利要求8所述的激光切划装置，其特征在于：所述工件上、下表面的聚焦点形成的切划道位于所述工件和所述镀层结构的结合处。