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LED激光刻划的特点及要求

导读: 温室效应造成的全球气候变暖等负面效应,促成了世界范围内绿色节能运动的兴起。

  温室效应造成的全球气候变暖等负面效应,促成了世界范围内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光源是最佳的选择,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,而最令人兴奋地是白光LED在照明方面的应用。

  激光刻划LED的刻划线条比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,刻划导致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。

  LED激光刻划的特点

  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将伤及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在晶圆表面,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划速度,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晶圆激光刻划的最佳选择。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,比准分子激光器所需的维护更少,而且在质量方面,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20000个以上的LED单体器件,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。激光刻划与传统的刀片切割相比,不但提高了产出效率,同时提高了加工速度,避免了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。

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