CN103785947A - 一种能提高led芯片劈裂良率的激光切割机 - Google Patents

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本发明公开了一种能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其包括有激光头和旋转机构，沿激光头的激光传输方向依次设有1/2波片、分光镜、反射镜、聚焦镜和移动载台，LED芯片放置于移动载台上，1/2波片设于旋转机构的动力输出端，旋转机构驱动1/2波片沿该1/2波片的径向方向旋转，在1/2波片的旋转作用下，产生能令LED芯片产生周期性深浅刻痕的激光束，1/2波片射出的激光束经分光镜分成至少两个子激光束，并且该子激光束依次经过反射镜和聚焦镜传输至LED芯片，在移动载台的平移作用下，多个子光束依次切割同一刻痕，逐渐增加刻痕的深、浅幅度，使得LED芯片更加易于劈裂，并且在切割之后，LED芯片侧壁的烧蚀面积减小，对蓝宝石衬底侧壁烧蚀程度较低。

Description

一种能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机
技术领域
本发明涉及激光切割机，尤其涉及一种能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机。
背景技术
激光划线之后进行机械裂片的工艺在LED芯片切割过程中是一种常用工艺，尤其应用在以蓝宝石为衬底的蓝光LED上，目前，以蓝宝石为基底的蓝光LED芯片，掺杂荧光粉而能够制造出白光，这种LED是未来引领照明领域的主流，与此同时，如何进一步提供亮度并降低成本，一直是业界努力的课题。采用激光划线之后，再机械裂片的晶粒分离技术虽然产速高、成本低，但激光划线时造成蓝宝石衬底的侧壁烧蚀，如图6所示，激光头1发射出的激光依次通过反射镜3和聚焦镜4对移动载台5上的LED芯片6划线，由于激光方向恒定，使得划线处的深度相同，如图7所示，LED芯片6的侧壁60的激光烧蚀面积为阴影部分，该烧蚀面积较大，导致光衰严重，最大光衰可达15%之多。
为了有效降低、去除因激光侧壁烧蚀造成的光衰，业界也提出了很多方法和相关设备。一种是利用超快激光在衬底内部形成切割线，降低侧壁的烧蚀程度，但因设计成本高昂，导致设备成本较高。另一种方式是在激光划线完后，再以高温硫酸/磷酸加以蚀刻，将烧蚀去掉，此种方式尽管成本较低，但是步骤繁复，并且蚀刻的问题在于切割深度过深时不易洗干净，但深度不足又会有劈裂良率不佳的问题。尤其在现有的激光切割机中，通常是以激光头发出的预设功率的激光进行切割，导致切割深度过深或者过浅，若过深，则烧蚀面积较大，若过浅，则LED芯片不容易劈裂，因此，上述激光切割方式导致LED芯片的劈裂良率难以提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，该切割机在1/2波片的旋转作用下，射出能令LED芯片产生周期性深浅刻痕的激光束，再利用分光镜将激光束分成两个或者更多数量的子激光束，通过多个子激光束对激光刻痕多次切割，逐渐增加刻痕的深、浅幅度，使得LED芯片更加易于劈裂。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其包括有激光头和旋转机构，沿激光头的激光传输方向依次设有1/2波片、分光镜、反射镜、聚焦镜和移动载台，LED芯片放置于移动载台上，1/2波片设于旋转机构之上，旋转机构驱动1/2波片绕该1/2波片的径向方向旋转，1/2波片射出的激光束经分光镜分成至少两个子激光束，并且该子激光束依次经过反射镜和聚焦镜传输至LED芯片。
优选地，分光镜是能够射出三个子激光束的光学元件。
优选地，旋转机构的动力输出端设有一驱动杆，驱动杆的端部设有中空承座，1/2波片固定于中空承座上。
优选地，旋转机构包括有马达及变速机构，变速机构为齿轮组、皮带轮组、链条组和摩擦轮组中的任意一种或几种的结合。
优选地，激光头是光源波长小于1.064nm的固态激光器或者气态激光器。
优选地，旋转机构的转速为1*103RPM至3*105RPM。
优选地，移动载台的移动速度为10mm/s至1*103mm/s。
优选地，还包括有驱动机构，分光镜设于该驱动机构之上，驱动机构驱动分光镜绕轴向转动以调整该分光镜的角度。
优选地，分光镜为绕射光学元件。
优选地，分光镜为全息光学元件。
本发明公开的一种能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其包括有激光头和旋转机构，沿激光头的激光传输方向依次设有1/2波片、分光镜、反射镜、聚焦镜和移动载台，LED芯片放置于移动载台上，1/2波片设于旋转机构的动力输出端，旋转机构驱动1/2波片沿该1/2波片的径向方向旋转，该1/2波片的作用是令传输至LED芯片处的激光束的功率呈周期性变化，在1/2波片的旋转作用下，射出能令LED芯片产生周期性深浅刻痕的激光束，1/2波片射出的激光束经分光镜分成至少两个子激光束，并且该子激光束依次经过反射镜和聚焦镜传输至LED芯片，该分光镜的作用在于令其射出的子激光束之间存在距离，在移动载台的平移作用下，多个子激光束依次切割同一刻痕，逐渐增加刻痕的深、浅幅度，使得LED芯片更加易于劈裂，并且在切割之后，LED芯片侧壁的烧蚀面积减小，对蓝宝石衬底侧壁烧蚀程度较低。
附图说明
图1为本发明提出的激光切割机的结构示意图。
图2为激光切割深度的曲线示意图。
图3为LED芯片经第一道子激光束切割后的侧视图。
图4为LED芯片经第二道子激光束切割后的侧视图。
图5为LED芯片经第三道子激光束切割后的侧视图。
图6为现有技术中的激光切割机的结构示意图。
图7为现有技术中LED芯片切割后的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，结合图1至图5所示，其包括有激光头1和旋转机构7，沿激光头1的激光传输方向依次设有1/2波片2、分光镜10、反射镜3、聚焦镜4和移动载台5，LED芯片6放置于移动载台5上，1/2波片2设于旋转机构7之上，作为一种优选方式，旋转机构7的动力输出端设有一驱动杆8，驱动杆8的端部设有中空承座9，1/2波片2固定于中空承座9上，旋转机构7驱动1/2波片2绕该1/2波片2的径向方向旋转，实际应用中，旋转机构7包括有马达及变速机构，变速机构为齿轮组、皮带轮组、链条组和摩擦轮组中的任意一种或几种的结合，1/2波片2射出的激光束经分光镜10分成至少两个子激光束，并且该子激光束依次经过反射镜3和聚焦镜4传输至LED芯片6，该分光镜10的作用在于令其射出的子激光束之间存在距离，在移动载台5的平移作用下，多个子激光束依次切割同一刻痕。
进一步地，激光头1是光源波长小于1.064nm的固态激光器或者气态激光器，旋转机构7的转速为1*103RPM至3*105RPM，移动载台5的移动速度为10mm/s至1*103mm/s。
上述结构的激光切割机中，分光镜10可以是绕射光学元件或者全息光学元件，以分光镜10是能够射出三个子激光束的光学元件为例，激光机1发出的激光穿过1/2波片2射至分光镜10，由分光镜10通过绕射作用分成三个子激光束，两两子激光束之间的距离相等，三个子激光束经过反射镜3、聚焦镜4对移动载台5上的LED芯片6进行切割，通过对移动载台5的移动方向设置，使得三个子激光束依次切割同一刻痕。当第一个子激光束传输至LED芯片6时，由于1/2波片2沿其径向转动，并且激光机1发出的激光具有偏极化的特性，所以，当激光的发射方向与1/2波片2垂直时，激光的发射方向与偏极方向一致，划线处的切割深度较深，如图2中的B点。当1/2波片2旋转45°时，激光的发射方向与偏极方向垂直，划线处的切割深度较浅，如图2中的A点。当1/2波片2旋转90°时，激光的发射方向再次与偏极方向一致，划线处的切割深度较深。由此可见，该1/2波片的作用是令传输至LED芯片6处的激光束的功率呈周期性变化，随着1/2波片2的持续旋转，使得划线处产生深浅交替的切割深度，即LED芯片6的侧壁60出现如图3所示的呈正弦波的深浅变化，其中的阴影部分为烧蚀面积。相比现有技术中，以恒定切割深度切割LED芯片6的方式而言，本发明大大减少了对侧壁60的烧蚀面积，之后将切割后的LED芯片6进行机械裂片加工即可，通过本发明提出的激光切割机进行切割之后，可以得到合适的划线深度和较高的劈裂良率，并且无需以高温硫酸、磷酸等继续蚀刻，节省成本、工序简单。
第一道子激光束切割之后，第二道子激光束和第三道子激光束对该刻痕进行切割，通过对移动载台5的移动速度控制，第二道子激光束所形成的切割深度的波峰与第一道子激光束所形成的切割深度的波峰相对应并且二者的波谷也相对应，利用第二道子激光束的再一次切割，使得刻痕的波谷处深度更深，从而增加波峰和波谷之间的幅度，使得刻痕的深浅度变化增大；第三道子激光束所形成的切割深度的波峰与第二道子激光束所形成的切割深度的波峰相对应并且二者的波谷也相对应，利用第三道子激光束的第三次切割，使得刻痕的波谷处进一步加深，刻痕的深浅度变化进一步增大。因此，该刻痕通过三道子激光束进行三次切割，逐渐增加刻痕波峰和波谷之间的幅度，使得LED芯片更加易于劈裂。
在切割过程中，划线深度周期性变化的行程由1/2波片2旋转的转速以及移动载台5的移动速度来共同决定，由于1/2波片2旋转一圈可变化四个周期，因此在切割时每个周期变化的行程为:Pitch=V/（4*W），其中，Pitch为行程，W为旋转机构7的转速，V为移动载台5的移动速度，若要求每个周期内的行程较短，通过上述公式，降低激光的功率或者提高转速都可以达成这一效果，从而方便用户在生产过程中灵活调节。三道子激光束的聚焦点之间的距离D是不变的，为了保持三道子激光束的波峰与波峰相对应，波谷与波谷相对应，需满足D为Pitch的整数倍，即满足：D=n*Pitch=n*V/（4*W），其中n为整数，即n=1、2、3…。
为了保证三条子激光束均与刻痕对齐，该切割机还包括有驱动机构，分光镜10设于该驱动机构之上，该驱动机构驱动分光镜10绕轴向转动以调整该分光镜10的角度，实际应用中，该驱动机构可以是手动或者电动，当分光镜10沿其轴向旋转时，三条子激光束的聚焦点位置发生变化，通过调整，保持三条子激光束的聚焦点连成的直线与移动载台5的移动轨迹一致，避免三条子激光束的切割轨迹产生偏差。
本发明公开的一种能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其包括有激光头1和旋转机构7，沿激光头1的激光传输方向依次设有1/2波片2、分光镜10、反射镜3、聚焦镜4和移动载台5，LED芯片6放置于移动载台5上，1/2波片2设于旋转机构7的动力输出端，旋转机构7驱动1/2波片2沿该1/2波片2的径向方向旋转，该1/2波片的作用是令传输至LED芯片6处的激光束的功率呈周期性变化，在1/2波片的旋转作用下，射出能令LED芯片产生周期性深浅刻痕的激光束，1/2波片2射出的激光束经分光镜10分成至少两个子激光束，并且该子激光束依次经过反射镜3和聚焦镜4传输至LED芯片6，通过多个子激光束对激光刻痕多次切割，逐渐增加刻痕的深、浅幅度，使得LED芯片更加易于劈裂，并且在切割之后，LED芯片侧壁的烧蚀面积减小，对蓝宝石衬底侧壁的烧蚀程度较低。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，包括有激光头和旋转机构，沿激光头的激光传输方向依次设有1/2波片、分光镜、反射镜、聚焦镜和移动载台，LED芯片放置于移动载台上，所述1/2波片设于旋转机构之上，所述旋转机构驱动1/2波片绕该1/2波片的径向方向旋转，所述1/2波片射出的激光束经分光镜分成至少两个子激光束，并且该子激光束依次经过反射镜和聚焦镜传输至LED芯片。
2.如权利要求1所述的能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，所述分光镜是能够射出三个子激光束的光学元件。
3.如权利要求1所述的能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，所述旋转机构的动力输出端设有一驱动杆，所述驱动杆的端部设有中空承座，所述1/2波片固定于所述中空承座上。
4.如权利要求1所述的能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，所述旋转机构包括有马达及变速机构，所述变速机构为齿轮组、皮带轮组、链条组和摩擦轮组中的任意一种或几种的结合。
5.如权利要求1所述的能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，激光头是光源波长小于1.064nm的固态激光器或者气态激光器。
6.如权利要求1所述的能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，所述旋转机构的转速为1*103RPM至3*105RPM。
7.如权利要求1所述的能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，所述移动载台的移动速度为10mm/s至1*103mm/s。
8.如权利要求1所述的能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，还包括有驱动机构，所述分光镜设于该驱动机构之上，所述驱动机构驱动分光镜绕轴向转动以调整该分光镜的角度。
9.如权利要求1所述的能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，所述分光镜为绕射光学元件。
10.如权利要求1所述的能提高LED芯片劈裂良率的激光切割机，其特征在于，所述分光镜为全息光学元件。
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