CN109759722B - 一种双工艺组合的led芯片加工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化控制领域，具体涉及一种双工艺组合的LED芯片加工系统及方法。所述加工系统包括激光器、贝塞尔切割模块、出光选择模块、以及输出模块；其中，所述激光器出光，由输出模块输出隐形切割所需的光束对工件进行切割，或经出光选择模块进行调整，激光器出光经贝塞尔切割模块后，再由输出模块输出贝塞尔切割所需的光束对工件进行切割。本发明通过提供隐形切割以及贝塞尔切割所需要的光束对工件进行切割，在满足普通切割的前提条件下，完成具有斜列角度要求的某一方向上的切割，以满足特定环境的使用技术要求。

Description

一种双工艺组合的LED芯片加工系统及方法

技术领域

本发明属于自动化控制领域，具体涉及一种双工艺组合的LED芯片加工系统及方法。

背景技术

在晶元精密加工领域，随着激光加工技术越来越成熟，对如何提升切割效果提出了越来越高的要求。目前晶元加工都采用单一的工艺方法来执行切割，包括隐形切割技术、表切技术以及更为传统的刀轮切割等切割方式。而隐形切割技术又占着很大一部分市场，成为了LED加工的主流方式。

但是在MiniLED技术要求下，由于LED的衬底大多为蓝宝石，单纯的隐形切割技术无法控制蓝宝石在某一个方向（CH2）上的斜裂角小于2度的切割要求。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种双工艺组合的LED芯片加工系统及方法，解决现有的使用隐形切割技术无法控制蓝宝石在某一个方向（CH2）上的斜裂角小于2度的切割要求的问题。

为解决该技术问题，本发明提供一种双工艺组合的LED芯片加工系统，包括：

激光器，用于提供隐形切割所需的光束；

贝塞尔切割模块，用于提供贝塞尔切割所需的光束；

出光选择模块，用于选择隐形切割所需的光束或贝塞尔切割所需的光束；

输出模块，用于输出出光选择模块选择的光束对工件进行切割；

其中，所述激光器出光，由输出模块输出隐形切割所需的光束对工件进行切割；或经出光选择模块进行调整，激光器出光经贝塞尔切割模块后，再由输出模块输出贝塞尔切割所需的光束对工件进行切割。

更进一步的，所述贝塞尔切割模块包括第一锥透镜、第一平凸透镜，所述出光选择模块包括偏振晶体，所述输出模块包括第一物镜、第二物镜，其中，激光器发射光束，光束经过偏振晶体调整方向后，传送至第一物镜输出隐形切割所需的光束，或光束传送经第一锥透镜、第一平凸透镜后，再由第二物镜输出贝塞尔切割所需的光束。

更进一步的，所述贝塞尔切割模块包括第二锥透镜、第二平凸透镜；所述出光选择模块包括用于将第二锥透镜、第二平凸透镜移出或移回光路的移动组件；所述输出模块包括第三物镜；其中，激光器发射光束，光束传送至第三物镜后输出隐形切割所需的光束；或通过移动组件调整第二锥透镜、第二平凸透镜的位置，光束经第二锥透镜、第二平凸透镜后，再通过第三物镜输出贝塞尔切割所需的光束。

更进一步的，所述激光器与第二锥透镜之间还设置有第一半波片。

更进一步的，所述第一半波片与第二锥透镜之间还设置有第一扩束镜。

更进一步的，所述激光器与第一半波片之间还设置有第一光闸。

更进一步的，所述第一扩束镜与第二锥透镜之间还设置有第一光阑。

更进一步的，所述激光器与第三物镜之间还设置有多个第一反射镜。

更进一步的，所述激光器与偏振晶体之间设置有第二半波片；所述偏振晶体与第一物镜之间依次设置有第二光闸、第三半波片、第二扩束镜、第二光阑；所述偏振晶体与第一锥透镜之间依次设置有第三光闸、第四半波片、第三扩束镜、第三光阑。

本发明还提供一种双工艺组合的LED芯片加工方法，包括：

步骤A、判断工件的加工方向上是否具有斜裂角度；若有，则跳到步骤B；若无，则跳到步骤C；

步骤B、通过出光选择模块选定贝塞尔切割模块提供光束，并由输出模块将光束输出进行切割；

步骤C、通过出光选择模块选定激光器提供光束，并由输出模块将光束输出进行切割。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过提供隐形切割以及贝塞尔切割所需要的光束对工件进行切割，在满足普通切割的前提条件下，完成具有斜列角度要求的某一方向上的切割，以满足特定环境的使用技术要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明双工艺组合的LED芯片加工系统的组成图；

图2是本发明双工艺组合的LED芯片加工系统具体实施例的组成图；

图3是本发明双工艺组合的LED芯片加工系统具体另一实施例的组成图；

图4是本发明双工艺组合的LED芯片加工方法的流程图；

图5是图2的实际加工示意图。

具体实施方式

本发明提供一种双工艺组合的LED芯片加工系统及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1，图1是本发明较佳实施例提供的双工艺组合的LED芯片加工系统的组成图。图1所示的一种双工艺组合的LED芯片加工系统，包括用于提供隐形切割所需的光束的激光器100，用于提供贝塞尔切割所需的光束的贝塞尔切割模块300，用于选择隐形切割所需的光束或贝塞尔切割所需的光束的出光选择模块200，以及用于输出出光选择模块选择的光束对工件进行切割的输出模块400；其中，所述激光器100出光，由输出模块400输出隐形切割所需的光束对工件进行切割；或经出光选择模块200进行调整，激光器100出光经贝塞尔切割模块300后，再由输出模块400输出贝塞尔切割所需的光束对工件进行切割。与现有技术相比，本发明通过提供隐形切割以及贝塞尔切割所需要的光束对工件进行切割，在满足普通切割的前提条件下，完成具有斜列角度要求的某一方向上的切割，以满足特定环境的使用技术要求。

更进一步的，如图1所示，所述激光器100的参数为，波长：1040nm；脉宽：2-4ps；功率：10W@50khz，5pulse；功率稳定性：<1%@24小时；频率：50-200KHZ，可调；脉冲：1-16；光斑：3mm；圆度：>95%；发散角：<1mrad；光束质量：M²<1.2；消光比：>100:1；快速开关光功能：带快速开关光，响应时间＜1ms。需要说明的是，常规的激光器在进行隐形切割和贝塞尔切割两种切割时，能满足隐形切割的激光器往往单脉冲能量的不理想，即贝塞尔切割效果不理想；同样，满足贝塞尔切割的激光器在隐形切割中形成的改质层效果欠佳，激光打点时容易破坏正面GaN层或者点在晶元表面，难以在内部行成炸点。通过上述参数的限定，可以提高激光器的工作切割效果，即隐形切割以及贝塞尔切割的切割效果都好。具体挑选激光器时，选择具有burst功能的激光器以满足隐形切割的要求，在激光器具有burst功能的前提条件下，再去验证激光器在进行贝塞尔切割时的裂片难易程度，选择裂片容易的的激光器。裂片的容易程度判断依据：当切割后能够把每颗晶元单独分开，保证晶元功能的完整则为容易裂片，判断为裂片OK；当有部分或者全部晶元无法单独分开，且部分晶元的结构完整性遭到破坏，则为难裂片，判定难以裂片。

更进一步的，如图1、图2所示，所述贝塞尔切割模块300包括第一锥透镜210、第一平凸透镜220，所述出光选择模块200包括偏振晶体310，所述输出模块400包括第一物镜410、第二物镜420，其中，激光器100发射光束，光束经过偏振晶体310调整方向后，传送至第一物镜410输出隐形切割所需的光束；或光束传送经第一锥透镜210、第一平凸透镜220后，再由第二物镜420输出贝塞尔切割所需的光束。本实施例中，通过偏振晶体310调整方向后，激光器100输出的光可直接通过第一物镜410输出进行隐形切割；或依次通过第一锥透镜210、第一平凸透镜220再通过第二物镜420输出贝塞尔光进行切割，即只需一个激光器即可实现隐形切割和贝塞尔切割两种方式的切割，有效的降低生产成本。

如图1、图2、图5所示，在实际生产时，将Wafer720（MiniLED晶元片）贴附在膜740上，再通过铁环730固定膜740使其绷紧，再通过水平校正CCD710校正Wafer720的晶元角度，使晶元切割道方向与切割方向平行（角度接近0.001度内默认水平），再通过第一物镜410或第二物镜420在CH1/CH2上进行切割，其中CH1方向为蓝宝石无斜裂角方向/ CH2方向为蓝宝石有斜裂角方向。

更进一步的，如图1、图2所示，所述激光器100与偏振晶体310之间设置有第二半波片501；所述偏振晶体310与第一物镜410之间依次设置有第二光闸502、第三半波片503、第二扩束镜504、第二光阑505；所述偏振晶体310与第一锥透镜210之间依次设置有第三光闸506、第四半波片507、第三扩束镜508、第三光阑509。通过在双工艺组合的LED芯片加工系统中增加第二半波片501、第二光闸502、第三半波片503、第二扩束镜504、第二光阑505、第三光闸506、第四半波片507、第三扩束镜508、第三光阑509，可以有效的提高激光器100光束的传播效率以及效果，即有效的提高双工艺组合的LED芯片加工系统的工作效率。更进一步的，所述双工艺组合的LED芯片加工系统还包括设置在偏振晶体310与第一物镜410之间的至少一个第二反射镜510和设置在偏振晶体310与第二物镜420之间的至少一个第三反射镜511。本实施例中，所述第二反射镜510设置有两个，设置在第二光阑505与第一物镜410之间；所述第三反射镜511设置有两个，分别设置在第一锥透镜210、第一平凸透镜220两侧，通过增加反射镜，可以根据实际需求改变光束的出光方向，可以减少双工艺组合的LED芯片加工系统的占地面积，提高用户体验。

更进一步的，如图1、图3所示，本发明的发明还提供另一实施方式，所述贝塞尔切割模块300包括第二锥透镜230、第二平凸透镜240；所述出光选择模块200包括用于将第二锥透镜230、第二平凸透镜240移出或移回光路的移动组件320；所述输出模块400包括第三物镜430；其中，激光器100发射光束，光束传送至第三物镜430后输出隐形切割所需的光束；或通过移动组件320调整第二锥透镜230、第二平凸透镜240的位置，光束穿过第二锥透镜230、第二平凸透镜240后，再通过第三物镜430输出贝塞尔切割所需的光束。本实施例中，将隐形切割以及贝塞尔切割的光路整合成为一个光路，通过移动组件320调整第二锥透镜230、第二平凸透镜240的位置，即可实现隐形切割以及贝塞尔切割的相互切换，可进一步的降低生产成本，提高生产效率。所述移动组件320可以为滑块与导轨的组合，将第二锥透镜230、第二平凸透镜240放置在滑块上，通过滑块在导轨上滑动，即可调整第二锥透镜230、第二平凸透镜240的位置。

更进一步的，如图1、图3所示，所述激光器100与第二锥透镜230之间还设置有第一半波片610。通过增加一个第一半波片610，可以用于改变偏振光的方向，以提高光束的传播效率。

更进一步的，如图1、图3所示，所述第一半波片610与第二锥透镜230之间还设置有第一扩束镜620。通过增加一个第一扩束镜620，可用于扩展激光束的直径以及减小激光束的发散角，可有效的提高光束的传播效果。

更进一步的，如图1、图3所示，所述激光器100与第一半波片610之间还设置有第一光闸630。通过增加一个光闸630可用于减少漏光已经外界对光路的影响，提高光束的传播效率。

更进一步的，如图1、图3所示，所述第一扩束镜620与第二锥透镜230之间还设置有第一光阑640。通过增加增加第一光阑640，可以用于调整光束的强弱，可根据实际切割需求进行调节，有效的提高切割的效果。

更进一步的，如图1、图3所示，所述激光器100与第三物镜430之间还设置有多个第一反射镜650。通过增加第一反射镜650，可以根据实际需求改变光束的出光方向，可以减少双工艺组合的LED芯片加工系统的占地面积，提高用户体验。

更进一步的，如图4所示，本发明还提供一种双工艺组合的LED芯片加工方法，包括：

步骤S100、判断工件的加工方向上是否具有斜裂角度；若有，则跳到步骤S200；若无，则跳到步骤S300；

步骤S200、通过出光选择模块选定贝塞尔切割模块提供光束，并由输出模块将光束输出进行切割；

步骤S300、通过出光选择模块选定激光器提供光束，并由输出模块将光束输出进行切割。

本发明提供的一种双工艺组合的LED芯片加工方法是基于双工艺组合的LED芯片加工系统的方法，通过判断工件的加工方向上是否具有斜裂角度，再去选择使用贝塞尔切割模块或激光器出光对工件进行切割，即可有效的解决现有的隐形切割技术无法控制蓝宝石在某一个方向（CH2）上的斜裂角小于2度的切割要求的问题，切割成本低，切割效果好。

更进一步的，所述步骤S200中“由输出模块将光束输出进行切割”之前还包括确定贝塞尔切割的焦点；

所述贝塞尔切割的焦点=F1+OFFSET2（根据实际效果设置）。

更进一步的，所述步骤S300中“由输出模块将光束输出进行切割”之前还包括确定隐形切割的焦点；

所述贝塞尔切割的焦点=F1+OFFSET1（20um左右）+BE（实际设置切深位置/2）。

其中，F1位置是F轴的坐标位置，根据实际加工的坐标位置得出的一个数值（F轴就是寻找焦点用的一个垂直方向上下运动的轴）。它的取值多少跟每台机器硬件安装的位置差异有关，也跟晶圆片的厚度大小有关。即不同的机器同一晶元片，则F1值不同，同一台机器不同晶圆片则F1的值也不同，如果同一机器且两个晶圆的厚度无差异，则加工的F1的值相同；OFFSET是指在F1焦点值的基础上，增加一个焦点的偏移值；BE指的是晶圆加工过程中，激光焦点在晶圆内部聚焦的点的深度的一半，例如激光在离晶圆内部离表面50um位置形成聚焦进行加工，则其加工的BE值为25um。

此两种不同加工方式，由于不同的激光加工头，机械及光学上的高度差，导致了加工焦点的基准不一致，而在加工过程中焦点的深度对加工效果、晶元外观、晶元的光电性起到关键作用，所以加工过程中通过分别执行找焦的过程，可以有效的提高加工的效率以及加工效果。

本发明的一种双工艺组合的LED芯片加工系统以及加工方法，很好的解决了MiniLED斜裂角度的要求，同时又能极大提高了晶元的CH1向的劈裂良率，为提高MiniLED的量产良率提供了可能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种双工艺组合的LED芯片加工系统，其特征在于，包括：

激光器，用于提供隐形切割所需的光束；

贝塞尔切割模块，用于提供贝塞尔切割所需的光束；

出光选择模块，用于选择隐形切割所需的光束或贝塞尔切割所需的光束；当工件的加工方向上具有斜裂角度时，选择贝塞尔切割所需的光束；当工件的加工方向上不具有斜裂角度时，选择隐形切割所需的光束；

输出模块，用于输出出光选择模块选择的光束对工件进行切割；

其中，所述激光器出光，由输出模块输出隐形切割所需的光束对工件进行切割，或经出光选择模块进行调整，激光器出光经贝塞尔切割模块后，再由输出模块输出贝塞尔切割所需的光束对工件进行切割；

所述贝塞尔切割模块包括第一锥透镜、第一平凸透镜，所述出光选择模块包括偏振晶体，所述输出模块包括第一物镜、第二物镜，其中，激光器发射光束，光束经过偏振晶体调整方向后，传送至第一物镜输出隐形切割所需的光束，或光束传送经第一锥透镜、第一平凸透镜后，再由第二物镜输出贝塞尔切割所需的光束；或

所述贝塞尔切割模块包括第二锥透镜、第二平凸透镜；所述出光选择模块包括用于将第二锥透镜、第二平凸透镜移出或移回光路的移动组件；所述输出模块包括第三物镜；其中，激光器发射光束，光束传送至第三物镜后输出隐形切割所需的光束；或通过移动组件调整第二锥透镜、第二平凸透镜的位置，光束经第二锥透镜、第二平凸透镜后，再通过第三物镜输出贝塞尔切割所需的光束。

2.根据权利要求1所述的双工艺组合的LED芯片加工系统，其特征在于，所述激光器与第二锥透镜之间还设置有第一半波片。

3.根据权利要求2所述的双工艺组合的LED芯片加工系统，其特征在于，所述第一半波片与第二锥透镜之间还设置有第一扩束镜。

4.根据权利要求3所述的双工艺组合的LED芯片加工系统，其特征在于，所述激光器与第一半波片之间还设置有第一光闸。

5.根据权利要求4所述的双工艺组合的LED芯片加工系统，其特征在于，所述第一扩束镜与第二锥透镜之间还设置有第一光阑。

6.根据权利要求1所述的双工艺组合的LED芯片加工系统，其特征在于，所述激光器与第三物镜之间还设置有多个第一反射镜。

7.根据权利要求1所述的双工艺组合的LED芯片加工系统，其特征在于，所述激光器与偏振晶体之间设置有第二半波片；所述偏振晶体与第一物镜之间依次设置有第二光闸、第三半波片、第二扩束镜、第二光阑；所述偏振晶体与第一锥透镜之间依次设置有第三光闸、第四半波片、第三扩束镜、第三光阑。

8.一种基于权利要求1所述的双工艺组合的LED芯片加工系统的加工方法，其特征在于，包括：

步骤A、判断工件的加工方向上是否具有斜裂角度；若有，则跳到步骤B；若无，则跳到步骤C；

步骤B、通过出光选择模块选定贝塞尔切割模块提供光束，并由输出模块将光束输出进行切割；

步骤C、通过出光选择模块选定激光器提供光束，并由输出模块将光束输出进行切割。

Images