CN109968854B - 激光打标机及其打标方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光打标机及其打标方法。该打标方法包括步骤：将透光膜贴附于工件的待打标表面上，获取所述工件的待打标图形，根据所述待打标图形在所述工件的待打标表面上进行激光打标。上述激光打标方法中，通过在晶圆表面上贴附透光膜，能较大提升晶圆的整体强度，避免晶圆表面卷曲的情况发生，使得晶圆保持平整，同时减小应力损伤和微裂纹，减小破片的可能性，实现了厚度小于100毫米以下的晶圆的激光打标。

Description

激光打标机及其打标方法

技术领域

本发明涉及激光打标领域，特别是涉及一种激光打标机及其打标方法。

背景技术

激光打标是利用高能量密度的激光对工件某一个部分进行照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。

随着电子器件的微型化，多功能化和智能化，集成电路封装器件体积向三维方向减小，封装芯片厚度不可避免的要求越来越薄，故晶圆减薄成为一种发展趋势。当晶圆厚度减薄到一定厚度时，自身强度会下降，发生严重的变形翘曲，导致无法进行激光打标。

发明内容

基于此，有必要提供一种对厚度较薄的晶圆实现激光打标的激光打标机及其打标方法。

一种打标方法，包括如下步骤：

将透光膜贴附于工件的待打标表面上；

获取所述工件的待打标图形；

根据所述待打标图形在所述工件的待打标表面上进行激光打标。

上述激光打标方法中，通过在晶圆表面上贴附透光膜，能较大提升晶圆的整体强度，避免晶圆表面卷曲的情况发生，使得晶圆保持平整，同时减小应力损伤和微裂纹，减小破片的可能性，实现了厚度小于100毫米以下的晶圆的激光打标。

在其中一个实施例中，所述待打标图形设置在所述工件上与所述待打标表面相对的一面，激光穿射所述透光膜对所述工件进行打标。

在其中一个实施例中，所述将透光膜贴附于所述工件的待打标表面上的步骤之后，还包括对所述工件进行合格筛选。

在其中一个实施例中，所述对所述工件进行合格筛选的步骤，包括：

调节所述工件到检测位置；

读取所述工件的身份信息；

将合格的所述工件输送到打标工位上。

在其中一个实施例中，所述根据所述待打标图形对所述工件进行激光打标的步骤之前，还包括对所述工件进行试打标。

在其中一个实施例中，所述对所述工件进行试打标的步骤，包括：

根据所述待打标图形获取打标标准数据；

对所述工件进行测试打标；

根据打标后的图形获取打标实际数据；

比较所述打标标准数据及所述打标实际数据，当符合大于误差范围时，将所述工件转移到废料盒中。

在其中一个实施例中，所述透光膜的厚度为80微米至100微米。

在其中一个实施例中，所述根据所述待打标图形对所述工件进行激光打标的步骤之前，还包括对激光器添加小孔光阑。

一种应用于上述的激光打标方法的激光打标机，包括：

用于输出激光束的激光器，所述激光器上安装有小孔光阑，所述激光器设置于所述工件靠近所述待打标表面的一侧；

光学传导机构，用于改变所述激光器输出的激光束的路径；

振镜机构，用于将从所述振镜机构输出的激光聚焦于所述工件上；

移动机构，用于对所述工件进行运输；

序列号检测机构，包括移动平台及读码相机，所述读码相机用于对所述工件的序列号进行检测，且设置于所述工件与所述激光器相对的一侧，当所述序列号符合要求时进行加工，所述移动平台将所述工件输送到所述打标工位；及

控制器，所述激光器、光学传导机构、所述振镜机构及所述序列号检测机构与所述控制器连接，所述控制器用于对所述激光器、所述振镜机构及所述光学传导机构的运动分别进行控制。

在其中一个实施例中，还包括误差检测机构，用于对激光打标误差进行检测，将大于所述激光打标误差的所述工件转移到废料盒中。

在一个实施例中，所述激光器发射激光束的功率为9瓦至11瓦，波长为520纳米至540纳米，脉宽范围为20纳秒到100纳秒，所述激光器为绿光激光器。

附图说明

图1为一实施方式的激光打标方法流程图；

图2为图1中所示步骤S120的流程图；

图3为图1中所示步骤S150的流程图；

图4为一实施方式激光打标机的结构示意图；

图5为如图1所示激光打标机中光学传导机构的结构示意图；

图6为如图1所示激光打标机中吸附组件的结构示意图；

图7为如图1所示激光打标机中序列号检测机构的机构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1，一实施方式的激光打标方法主要应用于对较薄的工件进行打标，特别是厚度小于100毫米以下的工件，厚度小于100毫米以下的工件整体强度下降，在自身重力作用下会发生严重的变形翘曲，无法进行打标。本实施例提供的激光打标方法能实现对厚度小于100毫米以下的工件激光打标，具体地，工件可以为晶圆，下面以晶圆为例对激光打标方法进行说明。

其中，该激光打标方法包括以下步骤：

S110,将透光膜贴附于晶圆的待打标表面上。

具体地，透光膜具有一定的粘性，晶圆的底面能够贴附于透光膜上，晶圆的顶面具有线路面，底面为与顶面相对设置的一面。透光膜的厚度在80微米至100微米之间，激光可以穿射透光膜作用在晶圆上，而不会损伤膜。晶圆粘贴于透光膜上使得整体强度增加，能够保持平整状态，得以进行激光打标。

S130,获取晶圆的待打标图形。

具体地，定位相机对晶圆表面即晶圆的线路面进行扫描，并以坐标的形式发送给打标软件，打标软件对坐标进行处理，输出打标图形给激光器。

S160,根据待打标图形在晶圆的待打标表面上进行激光打标。

根据打标软件内形成的打标图形信息进行打标操作，即可在晶圆上形成需要的标记图案，具体地，激光射出的方向为由下而上射出，激光穿过透光膜对晶圆进行打标。

进一步地，激光器发射激光，发射的激光经过光学传导机构改变激光的方向，使激光从需要的方向出射。出射的激光进入振镜结构，振镜结构对激光进行聚焦处理。

上述激光打标方法中，通过在晶圆表面上贴附透光膜，能较大提升晶圆的整体强度，避免晶圆表面卷曲的情况发生，使得晶圆保持平整，同时减小应力损伤和微裂纹，减小破片的可能性，实现了厚度小于100毫米以下的晶圆的激光打标。

在一个实施例中，在步骤S110之后，S130之前，还包括步骤S120，对晶圆进行合格筛选。

每批需要加工的晶圆对应各自的打标图形，为了防止不同批次的晶圆混入，需要对晶圆进行合格筛选，每个晶圆上标识有批次对应的序列号，通过序列号即可实现晶圆的筛选，避免混入不同批次的晶圆，造成错误的激光打标。

参见图2，在一个实施例中，步骤S120包括：

S121,调节晶圆到检测位置。

具体地，将贴附好透光膜的晶圆通过机械手从料盒中取出，将晶圆放置于寻边机上。晶圆的圆周上存在有缺口或者直边，寻边机通过对晶圆上的缺口或者直边的特征进行识别，寻边机上的移动平台驱动晶圆平移或旋转，自动移动到寻边机所设置的固定位置，使得晶圆上的缺口或者直边都朝向同样的角度。料盒中的晶圆位置放置比较凌乱，上料后的位置状态也各不相同，不便于对晶圆的序列号信息进行识别。寻边机将晶圆按一定规律进行位置的调节，使得对晶圆进行序列号识别成为可能。

S123,读取晶圆的身份信息。

具体地，寻边机将晶圆调节到检测位置后，读码相机读取晶圆的序列号，以确认晶圆是否属于本批次加工的产品。

S125,将合格的晶圆输送到打标工位上。

具体地，确认晶圆属于本批次加工的产品后，再通过机械手转移到夹具上。确认晶圆不属于本批次加工的产品后，再通过机械手转移到废料框中。从而完成对合格晶圆的筛选。

再参见图1，在一个实施例中，在步骤S125之后，在步骤S160之前，还包括步骤S140,对晶圆进行压平，并发送晶圆到位信号。

具体地，将晶圆压平以保证晶圆的平整性，并且防止加工过程中产品发生位移，从而使得激光打标后在晶圆表面能形成清晰易标识的字符、图形。晶圆固定好之后，发送晶圆到位信号以开始对晶圆进行激光打标。

在一个实施例中，在步骤S140后，在步骤S160之前，还包括步骤S150，对晶圆进行试打标以检测加工误差。

具体地，由于加工误差可能导致打标的准确度达不到加工要求，影响打标精度，为了避免发生这种情况，对晶圆进行试打标，根据试打标后的打标效果来检测误差是否在允许范围内，从而保证激光打标的精度。

参见图3，在一个实施例中，步骤S150包括：

S151,根据待打标图形获取打标标准数据。

具体地，接收到到位信号后，定位相机根据晶圆正面线路图的特征进行识别，识别后进行处理从而得到打标标准数据，将打标标准数据发送给控制***。

S153,对晶圆进行测试打标。

具体地，测试打标只需要将待打标图形部分进行打标即可，不必对待打标图形进行完全打标，可以提高效率。定位相机得到标准数据后发送信号，控制***控制激光器对晶圆输出激光进行打标。

S155,根据打标后的图形定位获取实际数据。

具体地，待打标图形测试打标完成后，检测相机根据测试打标完成的图形进行识别，识别后进行处理从而得到打标实际数据，将打标实际数据发送给控制***。

S157,比较打标标准数据及打标实际数据，当符合误差范围内时，对晶圆进行正常激光打标。

具体地，在控制***里设置误差值，控制***对打标标准数据及打标实际数据进行比对，当打标标准数据及打标实际数据之间的差值符合误差范围内时，对晶圆开始正常激光打标。当打标标准数据及打标实际数据之间的差值不符合误差范围内时，控制***控制机械手将晶圆转移到废料框中，再通过人工进行误差校准工作，校准完成后重新启动打标。

再参见图1，在一个实施例中，在步骤S110之前，还包括步骤S100,对激光器添加小孔光阑。

具体地，在激光器上添加小孔光阑对光束进行限制，获得更圆的光斑，对提升激光打标效果有着较好的帮助，是在正常生产之前，设备调试时，将小孔光阑装至激光器的光路中。

在一个实施例中，在步骤S160之后还包括步骤S170，对打标完成的晶圆进行下料。

具体地，晶圆激光打标完成后，松开对晶圆的压平，同时机械手对晶圆进行拾取，转移到下料盒中。

参见图4及图5，一实施方式的激光打标机10包括激光器100、光学传导机构200、振镜机构300、移动机构400、序列号检测机构500及控制器(图未示)。激光打标机10能够应用于上述的激光打标方法。

其中，激光器100用于输出激光束，激光器上安装有小孔光阑，激光器100设置于晶圆靠近待打标表面的一侧。光学传导机构200用于改变激光器100输出的激光束的路径。振镜机构300用于将从光学传导机构200输出的激光聚焦于晶圆上。移动机构400用于晶圆的的运输，负责晶圆的上料、转移及下料。序列号检测机构500包括移动平台520及读码相机530，读码相机530对晶圆上的序列号进行识别，当序列号符合当前加工批次的序列号时，移动平台520将晶圆输送到打标工位。当序列号不符合当前加工批次的序列号时，将晶圆转移到废料盒中。激光器100、光学传导机构200及振镜机构300与控制器连接，控制器用于对激光器100、振镜机构300、光学传导机构200及序列号检测机构500的运动分别进行控制。控制器中内设有打标软件，能对待打标图形进行处理，并将处理后的数据发送给激光器100，激光器100接收到打标软件的数据进行激光打标。需要说明的是，打标软件设置晶圆的打标方式为字符采用单线，圆点采用3个角度相差120°的螺旋线组合打标，如此设置，能够使得打标后的图形之间较为均匀。

在一个实施例中，激光器100采用的型号为固体绿光激光器100，激光器100功率为9W至11W，激光器100发射的激光束的波长为520mm至540mm之间，脉宽范围为20ns至100ns，聚焦光斑的范围为20um至30um。具体地，激光器100功率为10W，激光束波长为532纳米时，激光打标的效果最好。

在一个实施例中，振镜***中采用的聚焦镜的焦距为100mm至160mm,焦深在0.2mm至0.5mm，型号为f-theta扫描聚焦镜。

在一个实施例中，移动机构400包括机架410及机械手420。机架410用于对晶圆的承载以及提供安装位。机架410上还安装有上料盒430，晶圆放置于上料盒430中。同时参见图6，机械手420安装于机架410上，机械手420上安装有吸附组件440，机械手420通过吸附组件440真空吸附晶圆实现晶圆的取料及运输，还可以减少人工操作造成的误差。

参见图7，在一个实施例中，序列号检测机构500还包括寻边机510及安装架540。寻边机510及读码相机530间隔安装于安装架上，移动平台520包括平移组件521及旋转组件522，机械手420从上料盒430中将晶圆转移到移动平台520上，移动平台520能驱动晶圆相对安装架移动。具体地，平移组件与旋转组件522驱动晶圆平移及旋转，根据寻边机510实时捕捉晶圆外周上的缺口或直边的特征，通过计算补偿将晶圆移动到固定位置，使得晶圆外周上的缺口或直边朝向相同的方向。

读码相机530从晶圆的上方对晶圆的序列号进行扫描，为了防止不同批次的晶圆混入，需要对晶圆进行合格筛选，每个晶圆上标识有批次对应的序列号，通过序列号即可实现晶圆的筛选，避免混入不同批次的晶圆，造成错误的激光打标。

再参见图1，当序列号符合当前加工晶圆的批次时，发送第一信号给控制机构，控制机构控制机械手420将合格的晶圆运输到待打标工位。进一步地，打标工位为设置于机架410上的晶圆夹具600，晶圆夹具600能对晶圆进行固定，防止激光打标时晶圆发生位移。当序列号不符合当前加工晶圆的批次时，发送第二信号给控制机构，控制机构控制机械手420将不合格的晶圆运输到废料盒中进行回收。

同时参见图4及图5，在一个实施例中，激光打标机10还包括误差检测机构700。误差检测机构700对晶圆的激光打标误差进行检测，将大于加工误差范围内的晶圆转移到废料盒中。通过误差检测机构700的检测，即可清楚的了解到实际打标后的图形与目标图形之间的误差，误差超出范围时及时进行校准，提高激光打标机10的精度。

具体地，误差检测机构700包括定位相机710、检测相机720及固定架730。固定架730安装于机架410上，定位相机及检测相机720间隔安装于固定架730上。定位相机设置于晶圆夹具600的上方，以对晶圆的线路面进行扫描。检测相机720设置于晶圆夹具600的下方，以对晶圆实际打标面进行扫描。

控制器接收到第一信号时，将驱动误差检测机构700及激光器100工作，当晶圆被机械手420转移到晶圆夹具600上后，定位相机根据晶圆的线路面获取打标标准数据，将打标标准数据发送给控制***。激光器100通过自身移动组件进行移动，以对准晶圆进行激光打标。需要说明的是，机架410还设有压平组件(图未示)，晶圆固定到晶圆夹具600后，压平组件将晶圆进行压平。压平后激光器100开始试打标，试打标结束后检测相机720对打标内容进行扫描识别，识别后进行处理从而得到打标实际数据，将打标实际数据发送给控制***。

控制***里预设有误差值，控制***对打标标准数据及打标实际数据进行比对，当打标标准数据及打标实际数据之间的差值符合误差范围内时，对后续的晶圆开始正常激光打标。当打标标准数据及打标实际数据之间的差值不符合误差范围内时，控制***控制机械手420将晶圆转移到废料框中，再通过人工进行误差校准工作，校准完成后重新启动打标。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种激光打标方法，其特征在于，包括如下步骤：

将透光膜贴附于晶圆工件的待打标表面上，以增强所述晶圆工件的整体强度，其中，所述晶圆工件的厚度小于100毫米；

获取所述晶圆工件的待打标图形；

根据所述待打标图形在所述晶圆工件的待打标表面上进行激光打标；在进行激光打标时，使激光穿过所述透光膜作用在所述待打标表面上，以致所述待打标表面发生汽化或化学反应，其中，所述透光膜能够被所述激光穿过但不会被所述激光损伤。

2.根据权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于，所述待打标图形设置在所述晶圆工件上与所述待打标表面相对的一面，激光穿射所述透光膜对所述晶圆工件进行打标。

3.根据权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于，所述将透光膜贴附于所述晶圆工件的待打标表面上的步骤之后，还包括对所述晶圆工件进行合格筛选。

4.根据权利要求3所述的激光打标方法，其特征在于，所述对所述晶圆工件进行合格筛选的步骤，包括：

调节所述晶圆工件到检测位置；

读取所述晶圆工件的身份信息；

将合格的所述晶圆工件输送到打标工位上。

5.根据权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于，所述根据所述待打标图形对所述晶圆工件进行激光打标的步骤之前，还包括对所述晶圆工件进行试打标。

6.根据权利要求5所述的激光打标方法，其特征在于，所述对所述晶圆工件进行试打标的步骤，包括：

根据所述待打标图形获取打标标准数据；

对所述晶圆工件进行测试打标；

根据打标后的图形获取打标实际数据；

比较所述打标标准数据及所述打标实际数据，当符合大于误差范围时，将所述晶圆工件转移到废料盒中。

7.根据权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于，所述透光膜的厚度为80微米至100微米。

8.根据权利要求1所述的激光打标方法，其特征在于，所述根据所述待打标图形对所述晶圆工件进行激光打标的步骤之前，还包括对激光器添加小孔光阑。

9.一种应用于权利要求1-8任一项所述的激光打标方法的激光打标机，其特征在于，包括：

用于输出激光束的激光器，所述激光器上安装有小孔光阑，所述激光器设置于所述晶圆工件靠近所述待打标表面的一侧；

光学传导机构，用于改变所述激光器输出的激光束的路径；

振镜机构，用于将从所述振镜机构输出的激光聚焦于所述晶圆工件上；

移动机构，用于对所述晶圆工件进行运输；

序列号检测机构，包括寻边机、移动平台、读码相机以及安装架；所述寻边机和所述读码相机间隔安装于所述安装架上；所述移动平台包括平移组件和旋转组件，所述平移组件用于驱动所述晶圆工件平移，所述旋转组件用于驱动所述晶圆工件旋转；所述寻边机用于实时捕捉所述晶圆工件外周上的缺口或直边特征；所述读码相机用于对所述晶圆工件的序列号进行检测，且设置于所述晶圆工件与所述激光器相对的一侧，当所述序列号符合要求时进行加工，所述移动平台将所述晶圆工件输送到打标工位；及

控制器，所述激光器、光学传导机构、所述振镜机构及所述序列号检测机构与所述控制器连接，所述控制器用于对所述激光器、所述振镜机构及所述光学传导机构的运动分别进行控制。

10.根据权利要求9所述的激光打标机，其特征在于，还包括误差检测机构，用于对激光打标误差进行检测，将大于所述激光打标误差的所述晶圆工件转移到废料盒中。

11.根据权利要求9所述的激光打标机，其特征在于，所述激光器发射激光束的功率为9瓦至11瓦，波长为520纳米至540纳米，脉宽范围为20纳秒到100纳秒，所述激光器为绿光激光器。

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