CN102837369B

CN102837369B - 一种绿激光划片蓝宝石的工艺方法

Info

Publication number: CN102837369B
Application number: CN201210346105.3A
Authority: CN
Inventors: 谢小柱; 魏昕; 胡伟; 黄福民
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN102837369A

Abstract

本发明公开了一种绿激光划片蓝宝石的工艺方法，有如下步骤：在蓝宝石基片预先涂覆一层的水溶性覆层；在开始用绿激光切割前设定绿激光光束入射角度、焦点位置，设定同轴和侧向施加辅助气体喷嘴位置及施加辅助气体的压力；采用绿激光按一预定扫描速度和扫描次数扫描蓝宝石基片的表面形成切槽，在上述过程中同轴和侧向喷嘴同时施加辅助气体；再用裂片的方法将蓝宝石分割成小片；本发明采用激光辐照蓝宝石表面产生的光热耦合作用，以蒸发、熔融等形式为主去除材料，并伴有微小破碎材料去除，加工过程中通过预先涂覆水溶性覆层，并同时在轴向和侧向施加辅助气体来减少材料重凝和裂纹的产生，从而获得精细切槽，加工效率高，成本低。

Description

一种绿激光划片蓝宝石的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种绿激光划片蓝宝石的工艺方法。

背景技术

蓝宝石单晶具有硬度高（莫氏硬度为9）、熔点高（2030 ^oC）、耐磨性好、高温下（1000 ^oC）仍能够保持化学稳定、对红外线透过率高等良好综合性能，被誉为“新光源革命”的基础材料，是第三代半导体材料GaN最重要的产业化衬底，市场需求正以每年40%的速度迅速增加。目前，蓝光半导体LED已成为国际市场上的热点，应用范围很广，可作为各种光源应用，超高亮度GaN蓝宝石LED可以作为室内外的彩色显示、交通信号指示、LCD 背照明光源以及白色照明光源等。在GaN蓝宝石LED的制造过程中，为了大幅度提高生产效率和降低成本，往往是在一个大的基片上沉积制备许多芯片，然后再把基片分割成各个单元，最后再进行封装。因此，蓝宝石基片划片技术对于提高元器件的成品率和封装效率有着重要影响。

传统的基片划片技术主要有金刚石划片法和化学蚀刻法。蓝宝石硬度仅次于金刚石，采用金刚石切割容易在基片上产生裂纹和碎片，特别是在十字形切槽交叉点上，金刚石划刀的磨损也很严重，且基片越薄切割越困难，切槽宽度较宽，一般为40～70μm。化学蚀刻法速度慢，且蚀刻速度随着材料的结晶方位而改变，此外，该工艺过程对环境有一定污染。激光划片技术，集光学、精密机械、电子技术和计算机技术于一体，与传统的加工方法相比，它具有以下优点：（1）速度快；（2）切槽窄；（3）适合薄基片的划片；（4）加工过程为非接触加工，可控性强；（5）热影响区小，工件变形小；（6）断面光滑，切口平行度好，表面粗糙度小；（7）可对复杂图形进行加工，加工灵活；（8）自动化程度高。激光划片过程就是通过激光能量使材料表面汽化并加以热冲击的作用，使划线区形成与应力垂直的裂痕损伤。若施加与应力方向一致的外力，则裂痕定向扩展，材料定向断裂，完成切割分片。目前蓝宝石激光划片技术使用的激光器有紫外波长和准分子激光器，但是激光器成本较高，超短脉冲激光的光子能量损失大，无工业化级稳定输出的激光器。

因此，有必要开发出一种切槽宽度和深度指标和表面质量接近于紫外激光划片蓝宝石技术，而制造成本又相对较低的一种激光划片技术。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种可提高划片质量、提高成品率和降低成本的绿激光划片蓝宝石的工艺方法。

本发明的技术方案是：本发明提供的一种绿激光划片蓝宝石的工艺方法，其包括有如下步骤：

1）在蓝宝石基片预先涂覆一层的水溶性覆层；

2）在开始用绿激光切割前设定绿激光光束入射角度、焦点位置，设定同轴和侧向施加辅助气体喷嘴位置及施加辅助气体的压力；

3）采用绿激光按一预定扫描速度和扫描次数扫描蓝宝石基片的表面形成切槽，在上述过程中同轴和侧向喷嘴同时施加辅助气体；

4）再用裂片的方法将蓝宝石分割成小片。

上述步骤1）中水溶性覆层的厚度为50～500μm。

上述步骤2）中绿激光为脉冲式绿激光，绿激光光束入射角为0～90⁰，绿激光波长λ为510～540nm，绿激光波脉宽大于等于20ns，绿激光频率为0.1～100 kHz，绿激光能量密度为1～200 J/cm²。

所述绿激光光束入射角是激光光束与蓝宝石基片表面法线方向的夹角。

上述步骤2）中绿激光的焦点位置在蓝宝石上表面以下0～200μm。

所述上述步骤2）中喷嘴施加辅助气体的压力为0.1～0.4 MPa。

上述步骤3）中绿激光扫描速度为0.1～50 mm/s，上述绿激光扫描次数为1～10次。

上述步骤3）中绿激光划片过程中施加辅助气体为空气、氮气、氩气或氦气中的一种。

上述步骤3）中所述绿激光划片过程中同轴喷嘴中心线和侧向喷嘴中心线的夹角为0～90⁰。

裂片的方法将蓝宝石分割成小片是使用常规的现有方法实现。

本发明的有益效果：

本发明由于采用先用绿激光扫描蓝宝石基片表面形成切槽、再用裂片的方法分割成小片，本发明采用脉冲绿激光，借助激光辐射的蓝宝石表面产生的光热耦合作用，以蒸发、熔融等形式为主去除材料，并伴有微小破碎材料去除，获得微细切槽；为了减少加工过程中的重凝层和减少裂纹，预先在蓝宝石基片表面涂覆水溶性覆层，并在加工过程中同轴和侧向同时施加辅助气体；本发明能够实现蓝宝石基片的高效率高质量划片，是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的绿激光划片蓝宝石的工艺方法。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，以下结合实例对本发明做一详细的描述，其中：

图1是本发明激光划片切槽的正面照片。

图2是本发明激光划片切槽裂片后的断面照片。

具体实施方式

实施例：

本发明绿激光划片蓝宝石的工艺方法，其包括有如下步骤：

1）在蓝宝石基片预先涂覆一层的水溶性覆层；

4）再用裂片的方法将蓝宝石分割成小片。

本实施例中，上述绿激光为脉冲式，激光波长λ为532 nm，脉宽40 ns，脉冲重复频率10 kHz，焦点位置位于蓝宝石上表面以下50μm，激光脉冲能量密度为75 J/cm²，激光光束扫描速度为6 mm/s，扫描次数为3次，激光光束入射角为0⁰，预置的水溶性覆层厚度约为300μm，同轴和侧向喷嘴中心线的夹角为70⁰，同轴喷嘴施加氮气、侧向喷嘴施加空气或氮气，施加气体压力均为0.2 MPa。在此工艺条件下，获得了切槽宽度19μm，切槽深度142μm，深宽比约为7:1的深槽，裂片后断面激光划片区域粗糙度Ra:0.13μm，裂片区域粗糙度为Ra:15.4 nm的高质量无损伤表面，如图1和图2所示。

虽然本发明已通过参照优选实施例和示例详细公开如上，但是可以理解，该些示例并非用以对本发明构成任何限制，而是起说明性作用。可以预想对于本领域技术人员很容易实现对本发明的改动与组合，因此，此类的改动和组合应包含于本发明的精神和所附权利要求的范围之内。

Claims

1.一种绿激光划片蓝宝石的工艺方法，其特征在于步骤如下：

（1）在蓝宝石基片预先涂覆一层水溶性覆层；其厚度为50～500μm；

（2）在开始用绿激光切割前设定绿激光光束入射角度、焦点位置，设定同轴和侧向施加辅助气体喷嘴位置及施加辅助气体的压力；上述绿激光为脉冲式绿激光，绿激光光束入射角为0～90⁰，绿激光波长λ为510～540nm，绿激光波脉宽大于等于20ns，绿激光频率为0.1～100 kHz，绿激光能量密度为1～200 J/cm²；

（3）采用绿激光按一预定扫描速度和扫描次数扫描蓝宝石基片的表面形成切槽，在上述激光扫描过程中，同轴和侧向喷嘴同时施加辅助气体；

（4）再用裂片的方法将蓝宝石分割成小片。

2.如权利要求1所述的绿激光划片蓝宝石的工艺方法，其特征在于：上述步骤（2）中绿激光光束入射角是激光光束与蓝宝石基片表面法线方向的夹角。

3.如权利要求1所述的绿激光划片蓝宝石的工艺方法，其特征在于：上述步骤（2）中绿激光的焦点位置在蓝宝石上表面以下0～200μm；喷嘴施加辅助气体的压力为0.1～0.4 MPa。

4.如权利要求1所述的绿激光划片蓝宝石的工艺方法，其特征在于：上述步骤（3）中绿激光扫描速度为0.1～50 mm/s，绿激光扫描次数为1～10次。

5.如权利要求1所述的绿激光划片蓝宝石的工艺方法，其特征在于：上述步骤（3）中绿激光划片过程中施加辅助气体为空气、氮气、氩气或氦气中的一种。

6.如权利要求1所述的绿激光划片蓝宝石的工艺方法，其特征在于：上述步骤（3）中所述绿激光划片过程中同轴喷嘴中心线和侧向喷嘴中心线的夹角为0～90⁰。