CN109148650B - 一种led晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法。该方法包括：将蒸镀垫片从蒸发台行星架上取下，在一定能量密度脉冲激光辐照下对垫片表面进行辐照处理，再经过去离子水超声清洗后进行热氮烘干，即可得到表面无划痕、颗粒物、氧化膜的垫片。本发明有效解决了蒸镀晶片上架时划伤、裂片、蒸镀掉片等异常问题，延长了垫片使用寿命，降低了产品成本。

Description

一种LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法
技术领域
本发明涉及一种LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，属于光电子技术领域。
背景技术
发光二极管(LED)作为第四代新型冷光源，因其具有节能、环保、安全、使用寿命长、功耗低、发热量低、高亮度、抗振性好、光束集中、维护简便等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域，随着科技的不断发展，目前LED已可以实现绿光、蓝光、红光、黄光、白光等色系的产业化生产，且市场应用量巨大，普遍被人们所接受。相比于白炽灯和荧光灯，LED具有工作电压低、电光转换效率高、发热量低、体积小、亮度高、寿命长、启动无延时、色彩多样等诸多优点，在科技的不断创新推动下，LED正向着高亮度、大功率方向发展，逐步替代目前的白炽灯和荧光灯。
LED芯片生产过程中，电极蒸镀制程是一个重要的环节，芯片的制作完成往往要经过多次、多种金属镀膜已满足工艺、产品要求。在金属电极蒸镀过程中所用的蒸镀垫片分布在整个行星架上，配合弹簧夹起到支撑和固定晶片的作用，因蒸镀上架过程中，晶片与蒸镀垫片之间是直接接触，二者直径大小近似一致，由于电极蒸镀垫片的长期使用磨损以及表面、边缘残留金属层的不断加厚致使垫片表面粗糙不平，极易导致晶片在蒸镀装架时出现表面电极划伤，甚至在装架、蒸镀过程中因表面平整度不佳导致晶片局部受力不均匀而裂片，如发生在蒸镀过程中则可能导致掉落的碎片进入蒸发源而污染蒸炉晶片，同时污染蒸发源，导致蒸发源报废而影响生产成本、产品质量和生产效率。
垫片更换周期根据实际生产情况和要求而定，一般蒸镀几十次至百余次更换一次，但肉眼观察表面粗划伤、发黑、锈迹、附着物等比较明显时即需更换，更换下来的垫片需要进行清理。目前普遍采用的电极蒸镀垫片表面清理处理方法为：将电极蒸镀垫片从蒸发台行星架上取下，将垫片边缘及表面蒸镀积累的金属层进行物理刮除，然后进行去有机清洗，如丙酮、乙醇。但该方法并不能有效去除垫片表面金属层、颗粒物、氧化膜等，甚至使表面粗糙度更差，划痕增多，平整度也不断下降，长期使用将导致蒸镀作业质量不断下降，产品良率降低，垫片报废。迄今为止尚未发现有关改善LED晶片电极蒸镀划伤、裂片、掉片方面的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，可有效减少LED晶片电极蒸镀过程中造成的晶片划伤、裂片、掉片等影响正常生产的异常情况。
术语说明：
电极蒸镀垫片：位于蒸发台行星架上，均匀分布，配合弹簧夹用于支撑和固定晶片，一般用不锈钢材料制成，大小与晶片直径一致。当电极蒸镀垫片上期使用后需要清理更换时，先将电极蒸镀垫片从蒸发台行星架上取下。为了描述简洁，本发明中使用垫片一词，所述的“垫片”其含义均与电极蒸镀垫片相同。
表面清理：电极蒸镀垫片有上下表面及侧边缘，本发明所述的表面清理主要针对垫片上表面及侧边缘，下表面是与蒸发台行星架托盘接触的面，不需要做辐射等特别处理。
本发明的技术方案如下：
一种LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，包括将电极蒸镀垫片从蒸发台行星架上取下，按以下步骤进行：
(1)将垫片上表面朝向脉冲激光照射方向放置，用脉冲激光进行均匀辐照，所述脉冲激光能量密度0.5-5.0J/cm2；
(2)将辐照完的垫片置于去离子水中进行超声清洗，超声频率20-50KHz；
(3)将超声清洗后的垫片进行热氮烘干。
烘干后的垫片重新装回到蒸发台行星架上，将LED晶片放置在垫片上通过弹簧夹固定，进行电极蒸镀。
用本发明的方法处理完毕后的垫片表面洁净、平滑，无划痕、颗粒物和氧化膜，重新装回到电极蒸发台行星架进行晶片电极蒸镀。
根据本发明优选的，步骤(1)所述脉冲激光能量密度1.2-4.5J/cm2；进一步优选所述脉冲激光能量密度2.5-3.2J/cm2。
根据本发明优选的，步骤(1)所述脉冲激光频率为1-50Hz，所述辐照时间为1-30min。
进一步优选的，所述脉冲激光频率为10-45Hz，所述辐照时间为4-20min。
根据本发明优选的，步骤(1)所述激光波长为248-1064nm。
根据本发明优选的，步骤(1)垫片上表面与脉冲激光照射方向呈垂直关系。
根据本发明优选的，步骤(2)所述超声清洗时间位1-10min。优选超声频率30-45KHz；
根据本发明优选的，步骤(3)所述烘干温度30-80℃。烘干时间为1-10min。
为保证垫片表面平整、洁净，本发明方法步骤(1)通过特定能量的激光进行高能辐照将垫片表面的划伤、残留物、锈迹等烧蚀掉，能量密度代表激光作用在电极蒸镀垫片表面的能量大小，过小处理效果不佳，过大则会损伤垫片，本发明人经过研究发现对于LED晶片电极蒸镀垫片能量密度控制在0.5-5.0J/cm2较为适宜。另一方面，本发明人经过研究发现若要快速处理、高效地进行处理，控制脉冲激光频率和时间分别在10-45Hz、4-20min时较好。本发明对于脉冲激光波长的选择较为宽泛，目前常用激光器均可利用，如248nm的KrF准分子脉冲激光器，1064nm的Nd：YAG脉冲激光器等。
本发明的方法步骤(2)中去离子水超声清洗步骤中频率的选择也至关重要，由于水液流过垫片时，会在表面形成一层粘性膜，超声频率太低时，空化气泡无法与小颗粒接触，胶粒无法完全除掉；当超声频率升高时，粘性膜的厚度就会减少，空化气泡就可以接触到小颗粒，将他们从垫片表面剥落。另一方面，超声频率的高低还需要考虑对垫片的损伤，本发明人经研究发现，低频超声或高频超声均不适于LED晶片，剥离过程中20-50KHz的频率较为适宜。
本发明的有益效果：
1、本发明将脉冲激光下辐照与去离子水超声技术进行有机结合，不用有机溶剂清洗垫片，创新性的使用了脉冲激光对待处理的蒸镀垫片进行表面辐照，去除表面残留金属层、颗粒物、划痕、氧化膜等，有效保证了垫片表面平整度，防止蒸镀作业过程中对晶片造成划伤、裂片、蒸镀掉片等异常。
2、本发明方法简单易行、不借助有机试剂，在对待处理的蒸镀垫片脉冲激光辐照后用去离子水超声清洗，选用特定频率即可达到清洗效果，安全、环保。
3、与现有常规方法相比，本发明的方法效率高、效果好，可有效提高垫片使用寿命，降低电极蒸镀异常，提高产品良率，同时降低频繁更换垫片的成本。在很大程度上降低了LED晶片生产成本。
附图说明
图1为脉冲激光处理前的垫片上表面状况示意图；其中，1、垫片，2、表面颗粒物，3、表面金属层或氧化膜，4、表面划痕；
图2为脉冲激光处理后的垫片上表面状况示意图；
图3为实施例1脉冲激光处理前垫片上表面照片；
图4为实施例1脉冲激光处理后垫片上表面照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例中电极蒸镀垫片为蒸镀百次后更换下来的脏污垫片，其上分布有表面颗粒物、表面金属层/氧化膜以及表面划痕。如图1、图3所示。
实施例中使用的1064nm脉冲激光器为Nd：YAG激光器，型号1064/10ns，中科院安徽光学精密机械研究所制造。
实施例中使用的248nm脉冲激光器为KrF准分子激光器，型号：COMPEX PRO，美国相干公司制造。
实施例1
一种LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，包括步骤：
(1)将脏污的蒸镀垫片1从蒸发台行星架上取下；将垫片置于脉冲激光下进行表面均匀辐照，调节脉冲激光能量密度为3.0J/cm2，激光波长1064nm，频率20Hz；辐照时间15min；
(2)将步骤(1)辐照完的垫片置于去离子水中进行超声清洗，超声频率25KHz，清洗时间4min；
(3)将步骤(2)超声清洗后的垫片进行热氮烘干，烘干温度45℃，烘干时间6min；
烘干完毕后的垫片重新装回到蒸发台行星架上，将LED晶片放置在垫片上通过弹簧夹固定，进行电极蒸镀。
烘干完毕后的垫片表面洁净、平滑，无划痕、颗粒物、金属层/氧化膜，如图4所示，可重新装回行星架进行晶片电极蒸镀，有效降低对LED晶片的划伤、裂片、掉片等。图4中存有的部分平行短线为垫片表面本来即有的浅沟，浅沟的深度几μm至几十μm，浅沟边缘平整，对晶片无影响。
实施例2
一种LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，具体步骤包括：
(1)将脏污的蒸镀垫片从蒸发台行星架上取下；将垫片置于脉冲激光下进行表面均匀辐照，调节脉冲激光能量密度为4.5J/cm2，激光波长1064nm，频率30Hz；辐照时间4min；
(2)将步骤(1)辐照完的垫片置于去离子水中进行超声清洗，超声频率40KHz，清洗时间2min；
(3)将步骤(2)超声清洗后的垫片进行热氮烘干，烘干温度62℃，烘干时间4min；
烘干完毕后的垫片重新装回到蒸发台行星架上，将LED晶片放置在垫片上通过弹簧夹固定，进行电极蒸镀。
烘干完毕后的垫片表面洁净、平滑，无划痕、颗粒物、金属层/氧化膜，可重新装回行星架进行晶片电极蒸镀，有效降低对LED晶片的划伤、裂片、掉片等。
实施例3
一种LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，具体步骤包括：
(1)将脏污的蒸镀垫片从蒸发台行星架上取下；将垫片置于脉冲激光下进行表面均匀辐照，调节脉冲激光能量密度为1.2J/cm2，激光波长248nm，频率15Hz；辐照时间27min；
(2)将步骤(1)辐照完的垫片置于去离子水中进行超声清洗，超声频率32KHz，清洗时间4min；
(3)将步骤(2)超声清洗后的垫片进行热氮烘干，烘干温度55℃，烘干时间3min；
烘干完毕后的垫片表面洁净、平滑，无划痕、颗粒物、金属层/氧化膜，可重新装回行星架进行晶片电极蒸镀，有效降低对LED晶片的划伤、裂片、掉片等。
对比例：常规方法
将电极蒸镀垫片从蒸发台行星架上取下，将垫片边缘及表面蒸镀积累的金属层进行物理刮除，然后用丙酮清洗2次、乙醇清洗2次。
本发明实施例1-3及对比例的方法处理的电极蒸镀垫片，重新装回行星架进行继续LED晶片电极蒸镀，有关实验效果如下表1所述。
表1
垫片处理方法 垫片使用寿命 电极蒸镀产品良率
对比例 50-200炉次更换 97.5％
实施例1 500炉次以上，长期使用 100％
实施例2 500炉次以上，长期使用 99.9％
实施例3 500炉次以上，长期使用 99.8％

Claims (7)

1.一种LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，包括将电极蒸镀垫片从蒸发台行星架上取下，按以下步骤进行：
(1)将垫片上表面朝向脉冲激光照射方向放置，用脉冲激光进行均匀辐照，所述脉冲激光能量密度1.2-4.5J/cm2；所述脉冲激光频率为10-45Hz，所述辐照时间为4-20min；
(2)将辐照完的垫片置于去离子水中进行超声清洗，超声频率20-50KHz；
(3)将超声清洗后的垫片进行热氮烘干。
2.如权利要求1所述的LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，其特征在于步骤(1)所述脉冲激光能量密度2.5-3.2J/cm2。
3.如权利要求1所述的LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，其特征在于步骤(1)所述激光波长为248-1064nm。
4.如权利要求1所述的LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，其特征在于步骤(2)所述超声清洗时间为1-10min。
5.如权利要求1所述的LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，其特征在于步骤(2)所述超声频率为30-45KHz。
6.如权利要求1所述的LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，其特征在于步骤(3)所述烘干温度30-80℃；烘干时间为1-10min。
7.如权利要求1所述的LED晶片电极蒸镀垫片的表面清理方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将脏污的蒸镀垫片从蒸发台行星架上取下；将垫片置于脉冲激光下进行表面均匀辐照，调节脉冲激光能量密度为3.0J/cm2，激光波长1064nm，频率20Hz；辐照时间15min；
(2)将步骤(1)辐照完的垫片置于去离子水中进行超声清洗，超声频率25KHz，清洗时间4min；
(3)将步骤(2)超声清洗后的垫片进行热氮烘干，烘干温度45℃，烘干时间6min；
烘干完毕后的垫片重新装回到蒸发台行星架上，将LED晶片放置在垫片上通过弹簧夹固定，进行电极蒸镀。
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