CN110605483A - 一种led晶圆片的激光切割装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED晶圆片的激光切割装置，所述装置包括：超快激光器、激光传输组件、无衍射光束产生模块、聚焦物镜、视觉检测装置、以及运动平台；视觉检测装置位于聚焦物镜上部，运动平台位于聚焦物镜下部用于承载LED晶圆片，聚焦物镜为视觉检测装置的成像物镜；超快激光器发出超短脉冲激光束，经过激光传输组件进行整形获得高精度圆形光斑，然后入射无衍射光束产生模块生成无衍射光束，再经过聚焦物镜聚焦形成用于预分割LED晶圆片的加工光束。本发明可有效避免传统激光切割造成的斜裂、背崩、大小边等缺陷，也可解决直接形成的无衍射光束划片时的电极面破坏问题。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种LED晶圆片的激光预分割方法及装置。
背景技术
LED作为新一代照明技术，以其节能环保、高效低能耗的特点被广泛应用于国民生活的众多领域，其中LED光源取代传统光源可将能源消耗降低50％以上，因此该技术的发展对于我国的商业发展及人民生活水平的提高有重要意义。蓝宝石基板作为LED行业最广泛应用的材料之一，其晶体特性(具体表现为相互垂直的易切割与难切割两个方向)使晶圆片分割成单个器件后有一定的斜裂并可能影响最终的良品率和单个器件的性能。与传统的机械划刻分割成单个器件相比，激光隐切划片技术属非接触式加工且凭借其众多优势迅速占领市场。具体优势包括：可干净整齐的划刻目前以蓝宝石、硅、碳化硅等为基板的所有LED，可减少崩边、微裂纹等划片缺陷，划刻线窄、能提高同面积下晶圆片分割单个器件的数量，可操作性强且效率高、能降低生产成本等。但目前LED行业所采用的激光隐切划片技术使用激光器直接输出的高斯光束，仍然存在一定的不足，如划片后的良品率仍有较大提升空间、改质层裂纹扩展导致器件性能下降、切割后斜裂角大等问题。
而随着LED行业的发展与市场需求的不断增长，其对目前广泛采用的激光晶圆划片技术提出了更多的要求，传统高斯光束隐切划片已不足以满足该领域发展的应用需求。如适用于不同行业应用的特殊形状与尺寸的光器件得到越来越多的应用，分割预定线与单个器件的尺寸不断被减小以提高产出数量，良品率及分割后单个器件的性能要求越来越高等，这都对划片后的改质层形态、斜裂角、电极面损伤等有了更高的标准。本领域内关于LED晶圆片激光切割的研究也越来越多，如发明专利CN102194931A公开了一种通过改善激光加工后改质层的方法提高分割后光器件的发光亮度，发明专利 CN1575909A与CN103537805A提出通过多光点或多次加工增加激光改质层的方法以获得更优的分割效果。以上文件均体现出改质层优化对于LED晶圆片分割所起的重要作用，也为激光划片技术的提升指明了方向。
与高斯光束相比，无衍射光束具有延传播方向不发散、中心光斑极小、传播时遇到障碍物后可自愈等特性，将其应用于LED晶圆划片有望获得成型更加规整的改质层，也可划刻更窄切割道的晶圆片，可为激光隐切技术的发展注入新动力。采用传统高斯光进行内部改质由于其改质层极窄，容易导致切割后断面出现较多裂纹且斜裂角大；而采用无衍射光束进行切割时凭借其改质层宽度更大的特点可实现更高质量断面的切割；但正常状态下的无衍射光束进行切割时因其形成方式及光束特性(正常情况下无衍射光束传播方向上的前后端能量较低，这部分能量对基板划片无益)极易导致低损伤阈值的电极面受到破坏。这种现象在切割LED蓝宝石基底的CH1面由于小点间距及更大脉冲能量输入表现的更加明显。所以如何充分发挥无衍射光束的优势并避免其缺点将其应用于LED晶圆划片至关重要。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种LED晶圆片的激光预分割方法及装置，从而克服采用现有的LED晶圆片预分割方法容易造成的斜裂、背崩、大小边等缺陷，以及破坏电极面的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种LED晶圆片的激光预分割装置，其中，包括：超快激光器、激光传输组件、无衍射光束产生模块、聚焦物镜、视觉检测装置、以及运动平台；
视觉检测装置位于聚焦物镜上部，运动平台位于聚焦物镜下部用于承载 LED晶圆片，聚焦物镜为视觉检测装置的成像物镜；
超快激光器发出超短脉冲激光束，经过激光传输组件进行整形获得高精度圆形光斑，然后入射无衍射光束产生模块生成无衍射光束，再经过聚焦物镜聚焦形成用于预分割LED晶圆片的加工光束。
所述的LED晶圆片的激光预分割装置，其中，所述激光传输组件包括沿光束传输方向依次设置的激光缩束镜、孔状衰减装置、快速开关光脉冲输出控制装置；
超快激光器发出的超短脉冲激光束，先经过激光缩束镜获得发散角小于1 毫弧度、直径小于1毫米的高精度光斑，再经过孔状衰减装置提升光斑圆度，然后通过快速开关光脉冲输出控制装置控制光束的输出。
所述的LED晶圆片的激光预分割装置，其中，所述无衍射光束产生模块包括轴棱锥。
所述的LED晶圆片的激光预分割装置，其中，所述超快激光器产生的超短脉冲激光束的脉宽小于1000皮秒。
所述的LED晶圆片的激光预分割装置，其中，所述视觉检测装置包括CCD 相机。
所述的LED晶圆片的激光预分割装置，其中，所述激光预分割装置还包括设置在视觉检测装置和聚焦物镜之间的半反半透镜，无衍射光束产生模块生成的无衍射光束先入射半反半透镜，然后部分反射进入聚焦物镜。
所述的LED晶圆片的激光预分割装置，其中，所述聚焦物镜的倍数大于 10倍且数值孔径大于0.3。
本发明还提供一种LED晶圆片的激光预分割方法，其中，包括步骤：
提供以上任一项所述的激光预分割装置；
将LED晶圆片放置于运动平台后，调节视觉检测装置和运动平台，定位出LED的分割预定线并反馈此时聚焦点在样品中的位置；
打开超快激光器发出超短脉冲激光束，经过激光传输组件进行整形获得高精度圆形光斑，然后入射无衍射光束产生模块生成无衍射光束后，入射聚焦物镜；
调节运动平台和聚焦物镜进行精准对焦，将经过聚焦物镜聚焦形成的加工光束聚焦于基板内部所选区域，使加工光束沿分割预定线对LED晶圆片进行精确的内部改质实现预分割。
所述的LED晶圆片的激光预分割方法，其中，晶圆片激光预分割时，通过激光传输组件或无衍射光束产生模块调节控制改质层宽度，通过聚焦物镜和运动平台对焦点位置的调节实现改质层位置的调节。
所述的LED晶圆片的激光预分割方法，其中，所述高精度圆形光斑，光束直径小于1毫米，发散角小于1毫弧度。
本发明的有益效果是：
本发明通过激光传输组件进行整形获得高精度圆形光斑，然后入射无衍射光束产生模块生成无衍射光束，对蓝宝石基板内部进行加工并形成改质层，经后续裂片后获得的各个器件截面成型规整，可有效避免传统激光切割造成的斜裂、背崩、大小边等缺陷，也可解决直接形成的无衍射光束划片时的电极面破坏问题；其次，获得的低损伤改质层可提高分割后单个器件的强度与光学性能；且通过该方法加工能实现大点间距预分割，在实际生产中可获得更高的效率。
附图说明
图1是本发明实施例的LED晶圆片的激光预分割装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种LED晶圆片的激光预分割方法及装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，图1显示出了基于无衍射光束的LED晶圆片激光预分割光路。本发明实施例提供的一种LED晶圆片的激光预分割装置100，其中，包括：超快激光器110、激光传输组件140、无衍射光束产生模块150、聚焦物镜170、视觉检测装置200、以及运动平台210；视觉检测装置200位于聚焦物镜170上部，运动平台210位于聚焦物镜170下部用于承载LED晶圆片 220，聚焦物镜170为视觉检测装置200的成像物镜；聚焦物镜170、视觉检测装置200和运动平台210构成在LED晶圆片的切割过程中进行切割定位和精准对焦的对焦定位***；超快激光器110发出脉冲宽度小于1ns的超短脉冲激光束，经过激光传输组件140进行整形获得高精度圆形光斑，然后入射无衍射光束产生模块150生成无衍射光束，再经过聚焦物镜170聚焦形成用于预分割LED晶圆片220的加工光束。
本发明通过激光传输组件进行整形获得高精度圆形光斑，然后入射无衍射光束产生模块生成无衍射光束，对蓝宝石基板内部进行加工并形成改质层，经后续裂片后获得的各个器件截面成型规整，可有效避免传统激光切割造成的斜裂、背崩、大小边等缺陷，也可解决直接形成的无衍射光束划片时的电极面破坏问题；其次，获得的低损伤改质层可提高分割后单个器件的强度与光学性能；且通过该方法加工能实现大点间距预分割，在实际生产中可获得更高的效率。
进一步的，本实施例中，所述激光传输组件包括沿光束传输方向依次设置的激光缩束镜、孔状衰减装置、快速开关光脉冲输出控制装置；超快激光器发出的超短脉冲激光束，先经过激光缩束镜获得发散角小于1毫弧度、直径小于1毫米的高精度光斑，再经过孔状衰减装置提升光斑圆度，然后通过快速开关光脉冲输出控制装置控制光束的输出。激光缩束镜对直接产生的光束直径及发散角进行控制、孔状衰减装置实现获得的小光斑圆度控制装置，以保证所产生的无衍射光束能满足LED分割的相应要求且对电极面无烧伤影响。快速开关光脉冲输出控制装置的响应时间不高于1微秒，即开关间隔时间小于1微秒。孔状衰减装置可至少提高圆度96％。孔衰减主要是为了进一步优化小光斑的能量分部，具体实施时，可以简单的设置一小孔来实现效果，优选的，可采用具有类似效果的衰减片实现，可避免大能量下光束间的相互作用。
进一步的，本实施例中，所述无衍射光束产生模块包括轴棱锥或其他能达到相同效果的元器件或***。所述超快激光器产生的超短脉冲激光束的脉宽小于1000皮秒，单脉冲能量不小于20微焦，激光波长不限于1030纳米且能聚焦于蓝宝石基板内部对其进行改质加工。所述视觉检测装置包括CCD 相机。参见图1所示，所述激光预分割装置100还包括设置在视觉检测装置 200和聚焦物镜170之间的半反半透镜130，无衍射光束产生模块150生成的无衍射光束先入射半反半透镜130，然后部分反射进入聚焦物镜170。所述聚焦物镜170的倍数大于10倍且数值孔径大于0.3。
具体实施时，可以采用125微米厚的蓝宝石基板LED晶圆片进行预分割。图1为本发明所采用的基于无衍射光束的LED晶圆片激光预分割装置示意图，激光器110产生的加工光束经反射镜120及半反半透镜130进入聚焦物镜170，半反半透镜130同时可于视觉检测装置200及聚焦物镜170配合实现加工观察及切割定位；光束在经过无衍射光束产生模块150前需经过特定的激光传输组件140进行相关整形，最终形成的无衍射光束通过透镜160后进入聚焦物镜(50倍，NA为0.5)形成可用于加工的光束并对放置于运动***210上的晶圆片220进行预分割。实际加工中可通过特定激光传输组件140的调节可实现改质层形态的选择。特定激光传输组件140对激光束进行整形后再通过无衍射光束产生模块150是发明效果实现的关键，这里采用光束先经过激光缩束镜(缩小范围可调)获得发散角小于0.8毫弧度、直径小于1毫米的光斑，再经孔状衰减装置提升小光斑圆度的方法对激光器直接输出的光束进行整形，组件中快速开关光脉冲输出控制装置位于衰减装置后。
进一步的，本实施例中，所述激光切割装置还包括用于对超快激光器110、激光传输组件140、聚焦物镜170、视觉检测装置200、以及运动平台210进行控制的控制***，可实现加工过程晶圆片或聚焦物镜的控制，可实现切割定位与对焦过程的自动控制。
具体实施时，在视觉监测设备及其控制***中定位出LED的分割预定线并反馈此时聚焦点在样品中的位置，再将加工所需的无衍射光束通过相关元件聚焦于基板内部所选区域，最后在运动控制及视觉监测***下使加工光束延分割预定线对蓝宝石基板进行精确的内部改质实现预分割。
进一步的，本实施例中，所述高精度圆形光斑，光束直径小于1毫米，发散角小于1毫弧度。晶圆片激光预分割时，通过激光传输组件或无衍射光束产生模块调节控制改质层宽度，通过聚焦物镜和运动平台对焦点位置的调节实现改质层位置的调节。经特定激光传输组件后所产生的无衍射光束作用在蓝宝石基板内部，且形成的改质层宽度与位置可调。其中改质层宽度可通过无衍射光束产生***或激光传输组件进行控制，改质层位置可通过运动控制及视觉***对焦点位置的调节实现，在保证后续裂片效果时可根据实际需要选择。
进一步的，本实施例中，用无衍射光束加工改质层后可在蓝宝石表面观察到单一的直裂纹且裂片方便；即使两个方向交叉切割时在两条裂纹的交汇处也没有方向偏移，可有效解决实际生产中的斜裂与背崩问题。优化加工参数后蓝宝石两个切割方向的改质层均成型良好且除改质区域外可无裂纹出现，能保证分割后单个器件的光学性能与强度。切割蓝宝石两个方向时仅以不同点间距进行改质即可获得理想的加工效果，且其中有一方向加工点间距至少可达20微米，为高效自动化加工或降低加工成本提供可能。
进一步的，本实施例中，所述晶圆片表面有分割预定线且已划分成多个光器件阵列，该方法将激光束延分割预定线聚焦于晶圆片基板内部形成改质层并达到预期分割效果。该方法基于经特定激光传输组件后产生的无衍射光束对蓝宝石基板内部进行加工形成改质层，其加工形成的改质层宽度可根据基板厚度或实际加工要求进行选择以满足不同的实际应用需求。通过该预分割方法经后续裂片后获得的各个器件截面成型规整，可有效避免传统激光切割造成的斜裂及电极面破坏问题，也可提高切割后单个器件的强度与光学性能。对蓝宝石基板晶圆片的切割实际切割发现通过传输组件的调节可实现大点间距加工切割，在实际生产中可获得更高的效率；也可在改变改质层位置后不对电极面产生烧伤。
本发明LED晶圆片的激光预分割方法的优点是：1)基于该方法可将产生的无衍射光束用于改质层宽度调节，能满足不同规格及加工需求的晶圆划片，且分开的单个器件断面成型较传统激光划片显著提升；2)通过该方法即使加工点间距大于20微米仍可实现成型规整的单个器件分割，大大减少了激光作用区域，为划片效率提升、分割后单个器件发光性能及强度提升提供可能； 3)该方法两方向交叉划片后裂纹直线度即使在交点处也能得到很好的保持，可为背崩及大小边等缺陷的解决提供解决方案。
以下以具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1
提供前述加工装置，调节激光传输组件140获得直径约1毫米的圆形光束。将所选蓝宝石基板LED晶圆片放置在加工平台后，通过同轴成像的视觉***精确找到蓝宝石基板的表面，再通过运动控制***将物镜移动一定距离使加工光束(选择的激光器波长为1030纳米且脉宽可调，直接输出光斑约3 毫米)聚焦于蓝宝石内部所选位置。完成以上加工位置确定步骤后在选定工艺参数下(脉宽13皮秒，单脉冲能量30微焦)对水平与垂直方向分别进行预分割(鉴于蓝宝石基板晶圆片的制作工艺，两个方向加工点间距分别为6微米与24微米)。激光预分割后采用自动化裂片装置将晶圆片完全分离成各个器件观察分离及断面效果。
实施例2
将选用的蓝宝石基板长晶粒LED晶圆片(选择蓝宝石相对容易切割的方向进行对比说明)放置在加工台后通过同轴成像的视觉***精确找到蓝宝石基板的表面，再通过运动控制***将聚焦物镜物质固定使激光聚焦于蓝宝石内部的特定区域进行内部改质作为实验一，实验过程中通过衰减装置调节入射激光能量分布(圆形光斑内不同衰减比调节)可实现相同宽度改质层情况下不同点间距的切割。另外，在确定改质层宽度及切割点间距的情况下，配合激光传输组件进行入射光能量分布调节，将物镜聚焦点位置定于蓝宝石内部不同位置后可对改质层的位置进行调节，该条件作为实验三。进一步，在确定聚焦物镜聚焦位置的情况下通过激光传输组件的缩束装置控制可实现聚焦物镜输出的无衍射光束有效长度及其外圈能量分布调节，可实现蓝宝石内部改质层宽度的调控，该条件作为实验二。完成以上步骤后对激光预分割后采用自动化裂片装置将晶圆片分离成条的LED晶圆片观察分离及断面效果。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种LED晶圆片的激光切割装置，其特征在于，包括：超快激光器、激光传输组件、无衍射光束产生模块、聚焦物镜、视觉检测装置、以及运动平台；视觉检测装置位于聚焦物镜上部，运动平台位于聚焦物镜下部用于承载LED晶圆片，聚焦物镜为视觉检测装置的成像物镜；超快激光器发出超短脉冲激光束，经过激光传输组件进行整形获得高精度圆形光斑，然后入射无衍射光束产生模块生成无衍射光束，再经过聚焦物镜聚焦形成用于预分割LED晶圆片的加工光束。
2.根据权利要求1所述的LED晶圆片的激光切割装置，其特征在于，所述激光传输组件包括沿光束传输方向依次设置的激光缩束镜、孔状衰减装置、快速开关光脉冲输出控制装置；超快激光器发出的超短脉冲激光束，先经过激光缩束镜获得发散角小于1毫弧度、直径小于1毫米的高精度光斑，再经过孔状衰减装置提升光斑圆度，然后通过快速开关光脉冲输出控制装置控制光束的输出。
3.根据权利要求1所述的LED晶圆片的激光切割装置，其特征在于，所述无衍射光束产生模块包括轴棱锥。
4.根据权利要求1所述的LED晶圆片的激光切割装置，其特征在于，所述超快激光器产生的超短脉冲激光束的脉宽小于1000皮秒。
5.根据权利要求1所述的LED晶圆片的激光切割装置，其特征在于，所述视觉检测装置包括CCD相机。
6.根据权利要求1所述的LED晶圆片的激光切割装置，其特征在于，所述激光预分割装置还包括设置在视觉检测装置和聚焦物镜之间的半反半透镜，无衍射光束产生模块生成的无衍射光束先入射半反半透镜，然后部分反射进入聚焦物镜。
7.根据权利要求1所述的LED晶圆片的激光切割装置，其特征在于，所述聚焦物镜的倍数大于10倍且数值孔径大于0.3。
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| CN201910586455.9A CN110605483A (zh) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | 一种led晶圆片的激光切割装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910586455.9A CN110605483A (zh) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | 一种led晶圆片的激光切割装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110605483A true CN110605483A (zh) | 2019-12-24 |
Family
ID=68889723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910586455.9A Pending CN110605483A (zh) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | 一种led晶圆片的激光切割装置 |
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| Country | Link |
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| CN (1) | CN110605483A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112192772A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-08 | 中国科学院半导体研究所 | 超快激光连续裂片装置及方法 |
| CN113634875A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-11-12 | 南京魔迪多维数码科技有限公司 | 一种切割半导体晶圆片的激光光学***和方法 |
-
2019
- 2019-07-01 CN CN201910586455.9A patent/CN110605483A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112192772A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-08 | 中国科学院半导体研究所 | 超快激光连续裂片装置及方法 |
| CN113634875A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-11-12 | 南京魔迪多维数码科技有限公司 | 一种切割半导体晶圆片的激光光学***和方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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