LED晶圆激光刻划技术.doc

LED晶圆激光刻划技术 LED晶圆激光刻划技术 2011年06月23日 　　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。 　　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最近调查表明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，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。