CN108690421A - 高热稳定性的激光切割保护膜组成物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其成分包含至少一水溶性树脂、至少一成膜助剂、一分散剂、一热稳定助剂以及一溶剂，包含一水、一有机溶剂或其任意的组合，其中该保护膜组成物的酸碱值介于pH值4至pH值6之间。借由提供上述的保护膜组成物，可让基板材料进行激光切割时，保护基板材料表面不受碎片的污染，降低热效应,充分保护基材加工后的完整度以及切割线宽的平整与准确性，且保护膜组成物其自身不会发生裂解及热融的情况，使同样面积的基板材料能进行更多的激光切割加工手续，生产更加精密的电子产品组件。
Description
技术领域
本发明关于一种激光切割保护膜组成物，尤其是指一种高热稳定性的激光切割保护膜组成物。
背景技术
蓝宝石是一种主要成分为氧化铝(Al2O3)的衬底基板材料，其莫氏硬度高达9级，具有仅次于钻石的高硬度性质，加上其从近紫外光(190nm)到中红外线都具有相当良好的透光性，以及具备高化学稳定度、高声速、抗腐蚀、高熔点、高热传导性与电气绝缘性等加工稳定性，且机械力学性佳，因此被广泛的运用于光电产业当中，其中又以做为发光二极管(Light-emitting diode, LED)晶粒的基板，让不同材料的磊晶发光层设置于其上，或是做为半导体集成电路的晶圆载体，设计各种不同电子产品所需的集成电路于其上，是较为常见的两种用途，而除了蓝宝石以外，亦有许多材料被应用于相关产业的中，例如晶圆产业所使用的多晶硅等。
近年来，随着民众对电子产品功能需求越来越高，产业界对于发光二极管或半导体等基础组件的成品精细程度要求也越来越高，举例而言，在同样尺寸范围的芯片大小当中，若能以更为精细的加工方式进行集成电路的设计，将能使同样效能的电路设计设置于较小的芯片当中，进而让电子产品的体积缩小，同时亦能在同样尺寸的晶圆片上制作更多的IC芯片，减少成本并提高生产效率，不仅满足消费者希望电子产品体积越小却功效强的需求，亦能提高生产者的产值。因此，如何以较为精细的加工方法对基板材料进行，即成为目前相关产业积极研究的方向。
在蓝宝石及晶圆加工的相关技术当中，有一类方法是以硬度更高的钻石进行基板材料的切割加工，然而，由于钻石划片机的操作操作主要依赖于操作人员的技术水准，过多的不确定因素导致无法精准控制成品的良率，此外，操作人员必须时刻关注装置，耗费成本，且作为耗材的钻石刀具价格高昂又容易磨耗，更换频率高导致操作成本高昂，更重要的是，其生产效率较低，无法提供稳定且充足的产能以因应现今产业的需求；另一方面，由于目前的基板材料走向薄型化制程，当基板厚度越来越薄时，使用钻石切割的方式容易造成过大的应力而导致基板结构的破坏，因此，基于前述的理由，更高效且操作更为精准的激光切割因此成为市场上对基板材料进行加工的主流技术。
所谓激光切割是一种以激光束作为热源来源的一种热切割方式，其操作温度超过摄氏一万度，足以避免热传导造成的熔化并使各种材料进行气化，而部分材料作为喷出物从切割产生的缝隙底部被辅助气体流吹走。由于激光的光束能量密度较高，因此焦点的直径较小进而切割出较窄的切缝，并能借由聚焦的位置而改变切割的深浅距离，因此当激光光的参数控制得宜且激光切割机的精密度及计算机数字控制能力够高时，激光切割即成为半导体领域或发光二极管领域中切割基板材料较佳的选择。
然而，利用激光切割进行基板材料的切割时并非完全没有缺点，激光切割过程中所产生的热效应以及切割过程所产生的碎片污染晶圆表面皆会对后续制程的产品稳定性产生影响，或是在激光切割过程结束后，蒸气冷凝后会在基板材料上容易沉积不需要的材料，增加成品的不良机率，因此，激光加工前需要涂覆保护液形成保护膜，以便能在加工过程中能够很好的保护芯片其他区域，然而，披覆于基材上的保护膜若在激光切割的过程中会产生裂解而熔融，进而在基板材料上残留不必要的物质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种具有高热稳定性的保护膜，能在激光切割的过程当中保护基板材料且不会产生裂解的情况。
为了解决上述技术问题，本发明揭示一种高热稳定性的激光切割保护膜组成物，包含至少一水溶性树脂、至少一成膜助剂、一分散剂、一热稳定助剂以及一溶剂，该溶剂包含一水、一有机溶剂或其任意的组合，其中该保护膜组成物的酸碱值介于pH值4至pH值6之间。
于本发明的一实施例中，其亦揭露其成分进一步可包含一石墨烯。
于本发明的一实施例中，其亦揭露该至少一水溶性树脂选自于一聚乙烯醇、一聚乙烯吡咯烷酮、一聚丙烯酸、一聚羧酸及一聚乙基恶唑啉所组成的组合中的其中之一或其任意的组合。
于本发明的一实施例中，其亦揭露该至少一成膜助剂选自于一醇类化合物、一醇酯类化合物、一醇醚酯类化合物及一醇醚类化合物所组成的组合中的其中之一或其任意的组合。
于本发明的一实施例中，其亦揭露该至少一成膜助剂选自于一甲醇、一丁醇及一丙二醇甲醚所组成的组合中的其中之一或其任意的组合。
于本发明的一实施例中，其亦揭露该分散剂为一甘油、一丙烯酸酯、一脂肪酸甘油脂、一多己内多酯多元醇、一聚氨酯所组成的群组中的其中之一或其任意的组合。
该热稳定助剂的分子量介于1000道尔顿至10000道尔顿之间，且该热稳定助剂的重量为该水溶性树脂的重量的1%~3%。
该热稳定助剂选自于一聚乙二醇、一纳米纤维素、一单宁酸、一还原态石墨氧化物或一二硫化钼所组成的群组中的其中之一或其任意的组合。
于本发明的一实施例中，该保护膜组成物含有的组分以及各组分在该保护膜组成物中所占的重量百分比为：至少一水溶性树脂1%～25%、至少一成膜助剂1%～25%、分散剂1%～10%、聚乙二醇0.1%～10%、次磷酸钠0.1%～5%以及溶剂60%～85%。.
为了达到上述的目的，本发明另外揭示一种半导体组件，利用如前述的任一项的保护膜组成物覆盖后进行激光切割而得。
为了达到上述的目的，本发明另外揭示一种发光二极管组件，利用如前述的任一项的保护膜组成物覆盖后进行激光切割而得。
本发明的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，该保护膜组成物自身具有高热稳定性，在激光切割的过程中不会产生裂解及热融的情况，能提供基材完整保护以及切割线宽的平整与准确性。
本发明的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，借由提供该保护膜组成物设置于基板材料（如硅晶圆或蓝宝石基板）上能有效防止在激光切割过程中所产生的加工碎片粘附于该基材表面，并能提供良好的切割效果，并且易清洗。
附图说明
图1A为实施例2制备的一般保护膜组成物的差示扫描量热法的测量结果；
图1B为本发明实施例1中的高热稳定性的激光切割保护膜组成物的差示扫描量热法的测量结果；
图2A为实施例2制备的一般保护膜组成物设置于基板材料上进行激光切割后，经光学显微镜观察拍摄的结果。
与图2B本发明实施例1中制备的高热稳定性的激光切割保护膜组成物设置于基板材料上进行激光切割后，经光学显微镜观察拍摄的结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
在本发明中，提供一种新颖的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，借由该激光切割保护膜组成物可让基板材料进行激光切割时，保护基板材料表面不受碎片的污染，以及避免气化的材料重新附着于基板表面，且保护膜组成物其自身不会发生裂解及热融的情况，可以充分保护基材加工后的完整度以及切割线宽的平整与准确性，使同样面积的基板材料能进行更多的激光切割加工手续，亦能使激光切割加工应用于更为薄型的基板材料的上，生产出更加精密的电子产品组件。
因此，本发明提供的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其包含一至少一水溶性树脂做为主要成膜材料，以及至少一成膜助剂增加保护膜组成物的成膜速度并降低其起泡性，一分散剂提高水溶性树脂溶液的稳定性及成膜均匀性以避免水溶性树脂沈淀，一热稳定助剂可插入水溶性树脂分子链与的作用，降低水溶性树脂分子链的缺陷进而提高热稳定性，再利用溶剂将上述物质溶解混合在一起，并控制该些物质的酸碱度于微酸性以降低水溶性树脂水解以及减少基材腐蚀，以达到提供一高热稳定性的激光切割保护膜组成物的目的。
基于上述方针，以下针对本发明所提供的高热稳定性的激光切割保护膜组成物所包含的材料、性质及其组合方式和相互关系，进行进一步的说明：
本发明所提供的高热稳定性的激光切割保护膜组成物包含至少一水溶性树脂、至少一成膜助剂、一分散剂、一热稳定助剂以及一溶剂，该溶剂包含一水、一有机溶剂或其任意的组合，其中该保护膜组成物的酸碱值介于pH值4至pH值6的间。
于一较佳实施例当中，所提供的高热稳定性的激光切割保护膜组成物进一步包含一石墨烯，该石墨烯系为一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的材料，其能有效插入该至少一水溶性树脂的分子链之间降低或限制高分子聚合物之间分子链的移动性，进而提高该至少一水溶性树脂的玻璃转移温度（Glass Transition Temperature,Tg），达到提升保护膜组成物的热稳定性的目的。
其中，为了使本发明所提供的高热稳定性的激光切割保护膜组成物在激光切割的制程完成后可轻易的从基板材料上脱除，因此选用亲水性高的该至少一水溶性树脂做为保护膜组成物的高分子材料，该至少一水溶性树脂能溶解或溶胀于水中形成水溶液或分散系统，其具有的表面活性及增黏性的特性可在对象上形成具保护功能的胶体。基于上述的原则，本发明所提供的该至少一水溶性树脂选自于一聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)、一聚乙烯吡咯烷酮 (Polyvinylpyrrolidone, PVP)、一聚丙烯酸(Polyacrylic acid,PAA)、一聚羧酸(Polycarboxylate)及一聚乙基恶唑啉( POLY(2-ETHYL-2-OXAZOLINE) )所组成的组合中的其中之一或其任意的组合。
其中，本发明所提供的该至少一成膜助剂，对该至少一水溶性树脂的聚合物粒子产生溶解和溶胀作用，使粒子在较低温度下也能够随水分的挥发产生塑性流动和弹性变形而聚结成连续的膜，且其在保护膜组合物成膜以后能在短时间内挥散逸出，不会影响到保护膜组合物的玻璃转移温度（Glass Transition Temperature, Tg），增加保护膜组合物成膜时的稳定性。因此，本发明所提供的成膜助剂需对该至少一水溶性树脂具有高溶解性，使该少一水溶性树脂具有较佳的成膜效率，并具有很好的兼容性以降低水性树脂的最低成膜温度，另一方面，其具有优异的水解稳定性，在水中的溶解度小且挥发速度应低于保护膜组成物所使用的溶剂，才能在保护膜组成物成膜的前保留在保护膜涂层中，并且在成膜后完全挥发才能不影响保护膜的性能。基于上述的原则，本发明所提供的该至少一成膜助剂选自于一醇类化合物、一醇酯类化合物、一醇醚酯类化合物及一醇醚类化合物所组成的组合中的其中之一或其任意的组合。其中，于部分较佳的实施例中，所提供的该至少一成膜助剂选自于一甲醇、一丁醇及一丙二醇甲醚所组成的组合中的其中之一或其任意的组合。
其中，本发明所提供的该分散剂，用以维持保护膜组成物中其分散体系的稳定，避免分散体系中产生沉降或凝集（clumping）的物质，其借由降低液体及液体之间或液体与固体之间的接口张力，使不溶于水的油性液体在高剪切力搅拌下，可分散成很小的液珠并由溶剂所包覆，而其中又以能与该至少一水溶性树脂产生氢键的小分子或低分子量的聚合物可达到此一目的，借由分散剂的添加，可避免该至少一水溶性树脂沈淀，增加溶液的稳定性及成膜的均匀性。基于上述的原则，本发明所提供的该至少一分散剂选自于一甘油、一丙烯酸酯、一脂肪酸甘油脂、一多己内多酯多元醇、一聚氨酯所组成的群组中的其中之一或其任意的组合。
其中，本发明所提供的该热稳定助剂，含有OH基、COOH基或NH基等特定官能基的一化合物或一寡聚物，将该热稳定助剂其添加于该水溶性树脂的溶液之中，在由聚合物单体连接形成的聚合物网状结构中分别与溶液中的聚合物单体形成氢键，借由氢键所提供的结合力加强聚合物的网状结构或限制高分子链移动，增加整体保护膜组合物的结构稳定度，进而达到提升热稳定性的目的，其中，该热稳定助剂的分子量或结构不能太大，方能达到嵌合入聚合物单体所形成的网状结构中的功效；另一方面，在添加有该热稳定助剂的保护膜组合物中，该热稳定助剂呈现不规则熔融体特性进而促进该至少一水溶性树脂的分子链进行扩散运动，加速该至少一水溶性树脂的结晶速率形成更完整且更大的结晶结构，并增加其结晶化行为且易于形成较大的结晶厚度，同时，就结晶的结构而言，添加该热稳定助剂的至少一水溶性树脂的结晶结构可形成较多规则性的排列结构，因此，在聚合物结构较为稳固紧密的情况的下，整体保护膜组合物的热稳定性亦将随的提高。
基于前述的原由，本发明所提供的该热稳定助剂其分子量介于1000道尔顿至10000道尔顿之间，且该热稳定助剂的重量为该水溶性树脂重量的1%~3% ；而所述的该热稳定助剂选自于一聚乙二醇、一纳米纤维素（nanocellulose）、一单宁酸、一还原态石墨氧化物(reduced graphitic oxide) 或一二硫化钼所组成的群组中的其中之一或其任意的组合。
其中，本发明所提供的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其组成物的酸碱值介于pH值4至pH值6之间，借由保持该保护膜组成物于适当的酸碱值，能维持该至少一水溶性树脂的聚合物官能基稳定性，避免该至少一水溶性树脂于高温的处理环境中因为官能基的质子化而发生分子链的裂解，导致保护性下降或产生结构性的破坏而残留于基板之上。其中，任何能用以调整酸碱值的物质皆可应用于本发明所提供的该保护膜组成物的中，例如：次磷酸钠等具解离性的盐类。
于一较佳的实施例当中，本实施例所提供的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其组成物的组成及各组分占组成物的重量百分比为：重量百分比1%～25%的该至少一水溶性树脂、重量百分比1%～25%的该至少一辅助成膜物质、重量百分比1%～10%的该分散剂、重量百分比0.1%～10%的该聚乙二醇、重量百分比0.1%～5%的该次磷酸钠以及重量百分比60%～85%的该溶剂。然而本发明所提供的高热稳定性的激光切割保护膜组成物其组成物，其成分种类及比例并不以此为限，任何能以相似创作精神完成本发明所请的技术者，皆应落于本案所申请保护的范围之内。
依据前述的内容，本发明另提供一种激光切割获得的产品，其是将基板材料利用如上述的高热稳定性的激光切割保护膜组成物覆盖后，进行激光切割所获得的产品，其中，该保护膜组成物可以为一液态的涂覆剂，预先涂覆成型于一基板材料的表面，或是配合黏着剂层以贴附的方式覆盖于晶圆表面，亦或是使用搭配具黏着性的水溶性聚合物使用直接贴附于晶圆表面，作为高热稳定性的激光切割保护膜之用，获得经该激光切割保护膜保护的一激光切割产物。基于前述的原则，本发明所提供的该激光切割产物可为一半导体组件或一发光二极管组件。
以下，以具体实施的范例作为此发明的组织技术内容、特征及成果的阐述的用，并可据以实施，但本发明的保护范围并不以此为限。
【实施例1】
高热稳定性的激光切割保护膜组成物的制备
取聚乙烯醇10克投入适量的水中，加热搅拌直至其完全溶解，接着在前述的溶液当中加入次磷酸钠1克、聚乙二醇1克、甘油1克以及丙二醇甲醚20克，使其均匀混合的后再补水使整体溶液的重量达100克，完成该高热稳定性的激光切割保护膜组成物的制备。
【实施例2】
保护膜组成物的热稳定性比较
取聚乙烯醇10克投入适量的水中，加热搅拌直至其完全溶解，制备成一般的保护膜组成物。
将实施例2制备的一般保护膜组成物与实施例1中所制备而成的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，以差示扫描量热法（Differential scanning calorimetry, DSC）进行热稳定性的比较。结果呈现于发明图示图1A及图1B之中。如图所示，实施例1中所制备而成的高热稳定性的激光切割保护膜组成物其不仅产生相变的温度从186℃提高至210℃，且于149℃产生相变的杂质峰值也较一般的保护膜组成物降低，表示其组成物成分的热稳定性不只提高了，同时也减少了水溶性树脂裂解成其他杂质的比例，证明实施例1所提供的激光切割保护膜组成物确实具有高热稳定性的特性。
【实施例3】
设置高热稳定性的激光切割保护膜组成物于基板材料
利用夹盘以真空吸引的方式吸住基板材料后，借由上方喷嘴(Nozzle)将实施例1中所制备的高热稳定性的激光切割保护膜组成物喷涂在基板材料之上，在基板材料喷涂足以完全覆盖该基板材料的体积后，利用旋转的离心力将化学物质均匀散布在基板材料上，并将该保护膜组成物烘干以形成厚度为2um的保护膜，完成对基板材料设置保护膜组合物的保护措施。
【实施例4】
保护膜组成物的保护性比较
取实施例3所制备具有高热稳定性的激光切割保护膜组成物的基板材料以及设置一般的保护膜组成物于其上的基板材料进行激光切割处理，所述的激光切割处理条件系为速度600 mm/s、频率80 kHz、功率7.0 W及2-Beam切割，再以清水冲洗吹干后，以光学显微镜进行拍摄，结果呈现于发明图示图2A及图2B之中。如图所示，在切割同样深度(深约10 um)的情况下，具有高热稳定性的激光切割保护膜组成物的基板材料(图2B)的切割线宽(宽约7 um)较实施例2制备的一般保护膜组成物保护的基板材料(图2A) 的切割线宽(宽约13 um)窄了50%，显示了较佳的切割精细度，另外，实施例3所制备的基板材料其切割线的平整度也较一般保护膜保护的基板平整许多，且较不受激光切割所造成的热效应所影响，证明实施例1所提供的激光切割保护膜组成物确实于激光切割的过程中的确提供了较佳的保护性。
综上所述，本发明所提供的高热稳定性的激光切割保护膜组成物确实因为聚乙二醇的加入及酸碱度的调节而使水溶性树脂的分子链结构更为稳固并降低水溶性树脂水解的机会，达到提高热稳定性的目的，同时，披覆有该高热稳定性的激光切割保护膜组成物的基板材料，其切割线平整、线宽更细可进行更多精细的加工且激光热效应的残留情况明显减少，而该高热稳定性的激光切割保护膜组成物可达到避免切削产生的碎片沾黏在基材表面造成基材表面污染的功效且方便清洗，有效提升激光切割保护膜组成物的应用性以及基板材料加工产业的技术精密度，且制造方法简单，对于芯片设计工业及发光二极管产业的技术发展带来相当大的突破。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其特征在于，成分包含：
至少一水溶性树脂；
至少一成膜助剂；
一分散剂；
一热稳定助剂，其具有能与该至少一水溶性树脂形成氢键的官能基；以及
一溶剂，包含一水、一有机溶剂或其任意的组合；
其中，该保护膜组成物的酸碱值介于pH值4至pH值6之间。
2.如权利要求1的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其特征在于，成分进一步包含一石墨烯。
3.如权利要求1的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其特征在于，该至少一水溶性树脂选自于一聚乙烯醇、一聚乙烯吡咯烷酮、一聚丙烯酸、一聚羧酸及一聚乙基恶唑啉所组成的组合中的其中之一或其任意的组合。
4.如权利要求1的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其特征在于，该至少一成膜助剂选自于一醇类化合物、一醇酯类化合物、一醇醚酯类化合物及一醇醚类化合物所组成的组合中的其中之一或其任意的组合。
5.如权利要求1的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其特征在于，该至少一成膜助剂选自于一甲醇、一丁醇及一丙二醇甲醚所组成的组合中的其中之一或其任意的组合。
6.如权利要求1的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其特征在于，该分散剂为一甘油、一丙烯酸酯、一脂肪酸甘油脂、一多己内多酯多元醇、一聚氨酯所组成的群组中的其中之一或其任意的组合。
7.如权利要求1的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其特征在于，该热稳定助剂的分子量介于1000道尔顿至10000道尔顿之间，且该热稳定助剂的重量为该水溶性树脂的重量的1%~3%。
8.如权利要求1项的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其特征在于，该热稳定助剂选自于一聚乙二醇、一纳米纤维素、一单宁酸、一还原态石墨氧化物或一二硫化钼所组成的群组中的其中之一或其任意的组合。
9.如权利要求1的高热稳定性的激光切割保护膜组成物，其特征在于，该保护膜组成物含有的组分以及各组分在该保护膜组成物中所占的重量百分比为：至少一水溶性树脂1%～25%、至少一成膜助剂1%～25%、分散剂1%～10%、聚乙二醇0.1%～10%、次磷酸钠0.1%～5%以及溶剂60%～85%。
10.一种半导体组件，利用如权利要求1至7的任一项的保护膜组成物覆盖后进行激光切割而得。
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