LED晶圆激光刻划技术

2011年07月05日10:36:02 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

一、照明用LED光源照亮未来

温室效应造成的全球气候变暖等负面效应，促成了世界范围绿色节能运动的兴起。在照明方面，当今世界不断寻求更高效节能的光源作为传统照明光源的替代品，LED光源是较佳的选择，随之而来的是近年来高亮度LED在照明领域的应用持续而迅速的扩大。LED制造中激光晶圆刻划工艺的引入，使得LED在手机、电视以及触摸屏等LCD背光照明大量使用，而较令人兴奋地是白光LED在照明方面的应用。

当今世界，大约有120亿只白炽灯仍在使用，每年产生大约40，000万亿流明-小时的照明量，这造成了巨大的能量消耗，等同于每年消耗接近10亿吨燃煤。拿美国而言，照明消耗的能源竟高达全国汽车消耗能源的一半。美国能源部通过对俄勒冈州家庭照明的较近调查表明LED作为照明源较传统的白炽灯和卤素灯节省大约80%的电能。

随着市场的持续增长，LED制造业对于产能和成品率的要求变得越来越高。激光加工技术迅速成为LED制造业普遍的工具，甚者成为了高亮度LED晶圆加工的工业标准。

激光刻划LED刻划线条较传统的机械刻划窄得多，所以使得材料利用率显著提高，因此提高产出效率。另外激光加工是非接触式工艺，刻划带来晶圆微裂纹以及其他损伤更小，这就使得晶圆颗粒之间更紧密，产出效率高、产能高，同时成品LED器件的可靠性也大大提高。

Spectra-Physics工业激光器具有高峰值功率以及卓越的光束质量等优势，是LED加工的理想工具，为LED工业带来洁净的刻划线条、更高的产能以及成品LED更高的亮度。

激光刻划的优势：

·可以干净整齐的刻划硬脆性材料；

·非接触式工艺低运营成本；

·减少崩边、微裂纹、分层等缺陷的出现；

·刻划线条窄提高了单片晶圆上的分粒数量；

·减少微裂纹提高了成品LED器件的长期可靠性；

·大范围的加工容差使得工艺可控性良好，是低成本高可靠性的工艺。

二、LED激光刻划概述

单晶蓝宝石（Sapphire）与氮化镓（GaN）属于硬脆性材料（抗拉强度接近钢铁），因此很难被切割分成单体的LED器件。采用传统的机械锯片切割这些材料时容易带来晶圆崩边、微裂纹、分层等损伤，所以采用锯片切割LED晶圆，单体之间必须保留较宽的宽度才能避免切割开裂伤及LED器件，这样就很大程度上降低了LED晶圆的产出效率。

激光加工是非接触式加工，作为传统机械锯片切割的替代工艺，激光划片切口非常小，聚焦后的激光微细光斑作用的晶圆表面迅速气化材料，在LED有源区之间制造非常细小的切口，从而能够在有限面积的晶圆上面切割出更多LED单体。激光刻划对砷化镓（GaAS）以及其他脆性化合物半导体晶圆材料尤为擅长。激光加工LED晶圆，典型的刻划深度为衬底厚度的1/3到1/2这样分割就能够得到干净的断裂面，制造窄而深的激光刻划裂缝同时要保证高速的刻画速度这就要求激光器具备窄脉宽、高光束质量、高峰值功率、高重复频率等优良品质。

并不是所有的激光均适合LED刻划，原因在于晶圆材料对于可见光波长激光的透射性。GaN对于波长小于365nm的光是透射的，而蓝宝石晶圆对于波长大于177nm的激光是半透射的，因此波长为355nm和266nm的三、四倍频的调Q全固态激光器（DPSSL）是LED晶圆激光刻划的较佳选择。尽管准分子激光器也可以实现LED刻划所需的波长，但是倍频的全固态调Q激光器体积更小，较准分子激光器维护少得多，质量方面全固激光器刻划线条非常窄，更适合于激光LED刻划。

激光刻划使得晶圆微裂纹以及微裂纹扩张大大减少，LED单体之间距离更近，这样既提高了出产效率也提高了产能。一般来讲，2英寸的晶圆可以分离出20,000个以上的LED单体器件，如此高的密度，因而切割的切缝宽度就会显著影响分粒数量，减少微裂纹对于分粒后的LED器件的长期可靠性也会有明显的提高。激光刻划较传统的刀片切割不但提高了产出效率，同时提高了加工速度，避免的刀片磨损带来的加工缺陷与成本损耗，总之激光加工精度高，加工容差大，成本低。

LED晶圆激光刻划技术

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