CN105127605A - 一种蓝宝石衬底led芯片激光切割方法 - Google Patents

Abstract

一种蓝宝石衬底LED芯片激光切割方法，包括以下步骤：（1）通过隐形切割激光作用在LED芯片内部，靠近底部位置，进行切割，形成第一道改质层；（2）通过上调激光焦点深度，使激光聚焦在第一道改质层的上部，切割形成第二道改质层，与第一道改质层上下相连；（3）再次上调激光焦点深度，形成第三道改质层，如此，共形成N道改质层，N≥2，最后一道改质层所释放的应力延伸到芯片表面，形成一条条裂痕；（4）对LED芯片晶圆沿裂痕方向施以外力，使芯片分隔成独立的发光单元。本发明对于蓝宝石衬底较厚晶圆的切割，能有效提升其切割成品率，并减少了蓝宝石斜裂现象。

Description

一种蓝宝石衬底LED芯片激光切割方法

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石衬底LED(LightEmittingDiode，发光二极管)芯片的激光切割方法，属于LED芯片切割技术领域。

背景技术

自从1991年Nichia公司成功研制出了GaN基蓝光LED后，其发展速度可以说是日新月异。LED以其低耗能、长寿命、绿色环保、响应时间快等优点，成为2l世纪的新一代照明光源。随着III-V族半导体工艺的日趋成熟，LED芯片研制不断向高效高亮度方向发展。传统的芯片切割方式如金刚刀划片，砂轮刀锯切因其效率低，成品率不高已逐渐落伍，不能满足现代化生产的需要，目前激光切割方式正逐渐取代传统切割，成为目前主流切割方式。激光切割又分为表层切割和内部切割，即隐形切割。激光划片是一种新型的切割技术，它是随着激光技术的发展而兴起的，它采用一定波长的激光聚焦在晶片表面或内部，在极短时间内释放大量的热量，使材料熔化甚至气化，配合激光头的移动或物件的移动，形成切割痕迹，实现切割的目的。

表层切割采用355nm或266nm紫外激光，切割深度一般在50um以内，难以进一步加深。

表层切割后，激光产生的高能量瞬间破坏了蓝宝石的晶格结构，侧面激光灼烧痕迹阻挡了LED芯片的出光，对芯片外量子效率影响较大。

隐形切割采用1064nm红外光或532nm绿光进行加工，激光作用于芯片内部，在芯片内部产生改质层，改质层产生的应力，使芯片部分断裂，对芯片再施以外力，使之沿切割道分开。

但对于蓝宝石衬底较厚芯片来讲，隐形划片产生的改质层上下宽度有限，其所占芯片厚度比例较小，对芯片施以外力时，会产生形变，导致芯片边缘切割良率较低。

中国专利文献CN102699526A公开的《一种利用激光切割加工对象物的方法》，包括：提供至少两束激光，其中所述至少两束激光包括第一激光束和第二激光束；将第一激光束聚焦于所述加工对象物的内部，籍由第一激光束对加工对象物的作用在内部产生内部应力层；将第二激光束聚焦于所述加工对象物的表层处，籍由第二激光束对加工对象物的作用在表层处产生表层应力层；至少部分利用所述内部应力层和所述表层应力层的释放的应力的叠加，使得加工对象物至少部分断裂并进而能被分割开。这种方法需两束不同波长的激光，一种为隐形切割激光，一种为表层切割激光方能实现。

中国专利文献CN103022284A公开的《一种基于侧壁腐蚀的LED芯片切割方法》，LED晶圆经过正面激光划片、侧壁腐蚀后，按照正常的LED芯片制造流程完成芯片制造；晶圆减薄、背镀后进行背面激光隐形切割，控制隐形切割线位置使其与正面划片线错开；裂片时在应力诱导下，晶粒侧壁将出现一斜裂面，更有利于侧面出光，增加芯片的整体光通量而不影响芯片的外观和电性。进一步的还公开了一种根据以上所述的LED芯片切割方法所制备的LED芯片，LED芯片的边缘呈具有斜裂面的“ㄣ”形断面。半导体衬底GaN晶圆在经过芯片侧壁腐蚀工艺后，结合激光隐形切割制作出“ㄣ”形断面，从增加侧壁出光量的方面增加整个LED芯片的亮度。这种方式对于蓝宝石衬底较厚芯片来说，良率较低。

中国专利文献CN103311392A公开的《一种隐形切割LED芯片》，包括有衬底，以及生长在衬底表面的发光外延层和反射层，发光外延层和反射层分别位于衬底两侧；衬底具有第一表面以及与该第一表面相反的第二表面，发光外延层形成于第一表面，所述反射层形成于第二表面；反射层为金属层或合金层，反射层上还附着有全反射膜；该隐形切割LED芯片的制作步骤有：在衬底的第一表面形成发光外延层，并在该发光外延层上形成有利于隐形切割穿透衬底的沟道；使发光外延层形成各自独立但衬底连体的发光芯片；在衬底的第二表面形成反射层；利用隐形切割的方式在衬底内形成改质层；对衬底施以外力，将其分割成各自独立且衬底分离的发光芯片。这种方式对于蓝宝石衬底较厚芯片来说，良率较低。

发明内容

本发明针对现有LED芯片切割技术存在的不足，提供一种能够有效提升切割成品率，并减少了蓝宝石斜裂现象的蓝宝石衬底LED芯片激光切割方法。

本发明的蓝宝石衬底LED芯片的切割方法，包括以下步骤：

(1)通过隐形切割激光作用在LED芯片内部，靠近底部位置进行切割，形成第一道改质层；

切割位置距离底面50-100μm。

隐形切割激光的功率180-300mW(激光频率为50KHz)。

切割速度为250-550mm/s。

(2)通过上调激光焦点深度，使激光聚焦在第一道改质层的上部，切割，形成第二道改质层，与第一道改质层上下相连；

上调激光焦点深度为25-60μm。

(3)与步骤(2)相似，再次上调激光焦点深度，形成第三道改质层，如此，共形成N道改质层，N≥2，最后一道改质层所释放的应力延伸到芯片表面，形成一条条裂痕；

每次上调激光焦点深度为25-60μm。

(4)对LED芯片晶圆沿裂痕方向施以外力，借助改质层释放的应力，使芯片分隔成独立的发光单元。

对于较厚的蓝宝石衬底芯片，表层切割达不到要求的深度，使芯片难以裂开，成品率低；而采用单焦点的隐形切割，一是切割良率较低，容易出现双胞甚至多胞，二是蓝宝石斜裂严重，需较大的切割道，否则容易伤及发光区，而增大切割道，则意味着单片产出量降低。本发明的这种隐形切割方法解决了蓝宝石衬底较厚晶圆的切割，能有效提升其切割成品率，并减少了蓝宝石斜裂现象，可以缩小切割道，从而提升单片产出量。

本发明通过隐形切割激光作用在芯片内部，形成改质层，通过调节激光焦点深度，使激光聚焦在蓝宝石衬底的不同深度位置，形成多个改质层，各改质层能够连接在一起，对晶圆沿切割道方向稍施以外力，借助改质层释放的应力，从而使芯片分隔成一个个独立的发光单元，这种方法对于蓝宝石衬底较厚(≥130μm)晶圆的切割，能有效提升其切割成品率，并减少了蓝宝石斜裂现象。

附图说明

图1为经过本发明方法划片后的LED芯片侧面图。

图2为经过本发明方法划片后的LED芯片的横断面。

图中，1、白膜，2、外延层，3、第一道改质层，4、第二道改质层，5、第三道改质层，6、第N道改质层，7、裂痕。

具体实施方式

本发明的蓝宝石衬底LED芯片的切割方法，适用于厚度≥130μm的LED芯片，包括以下步骤：

(1)将LED芯片贴在SPV-224S型号的白膜1上，LED芯片的外延层2和电极面与白膜1接触，蓝宝石衬底面朝上，放置到隐形切割机工作台上。

(2)设定隐形切割激光焦点，使隐形切割激光作用在芯片内部，靠近底部位置,距离底面50-100μm，进行切割，形成第一道改质层3。

隐形切割激光的功率180-300mW(激光频率为50KHz)。切割速度为250-550mm/s。

改质层是指用一定波长的激光聚焦在工件材料内部，形成一个个分割用的起点，此起点周围破坏了蓝宝石晶格结构的部分称为改质层(SD层)。

(3)上调激光焦点深度25-60μm，使激光聚焦在第一道改质层3的上部，形成第二道改质层4，与第一道改质层上下相连。

(4)与步骤(3)相似，再次上调激光焦点深度，形成第三道改质层5，如此，共形成N(N≥2)道改质层，第N道改质层6所释放的应力延伸到芯片表面，形成一条条近似线状的裂痕7。将芯片进行倒膜，使芯片由外延层和电极面与白膜1接触改成蓝宝石衬底面与膜接触，并在电极面贴上一层保护膜。

(5)对晶圆沿裂痕方向稍施以外力，借助改质层释放的应力，使芯片分隔成一个个独立的发光单元。

以研磨后厚度为180um的蓝宝石衬底LED芯片为例，进行切割：

(1)将芯片贴在SPV-224S型号的白膜1上，芯片带有外延层和电极一面与白膜1接触，衬底面朝上，放置到隐形切割机工作台上；

(2)设定第一道改质层焦点，焦点深度110μm，功率220mW，速度500mm/s；设定第二道改质层焦点，焦点深度75μm，功率220mW，速度500mm/s；设定第三道改质层焦点，焦点深度40μm，功率220mW，速度500mm/s。

(3)设定焦点后，依次进行划片，待第三道改质层所释放的应力完全延伸到芯片表面，形成一条条近似线状的裂痕时，将芯片进行倒膜，使芯片由外延层、电极面与膜接触改成蓝宝石面与膜接触，并在电极面贴上一层保护膜。

(4)用裂片机对芯片沿裂痕方向进行劈裂，借助改质层释放的应力，使芯片分隔成一个个独立的发光单元，完成切割。

Claims (5)

1.一种蓝宝石衬底LED芯片的切割方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)通过隐形切割激光作用在LED芯片内部，靠近底部位置进行切割，形成第一道改质层；

(2)通过上调激光焦点深度，使激光聚焦在第一道改质层的上部，切割，形成第二道改质层，与第一道改质层上下相连；

(3)与步骤(2)相似，再次上调激光焦点深度，形成第三道改质层，如此，共形成N道改质层，N≥2，最后一道改质层所释放的应力延伸到芯片表面，形成一条条裂痕；

(4)对LED芯片晶圆沿裂痕方向施以外力，借助改质层释放的应力，使芯片分隔成一个个独立的发光单元。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底LED芯片的切割方法，其特征是，所述步骤(1)中切割位置距离底面50-100μm。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底LED芯片的切割方法，其特征是，所述隐形切割激光的功率180-300mW。

4.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底LED芯片的切割方法，其特征是，所述切割速度为250-550mm/s。

5.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底LED芯片的切割方法，其特征是，所述上调激光焦点深度为25-60μm。