CN110039205A - Led晶圆片的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED晶圆片的加工方法,包括以下步骤:采用激光器对LED晶圆片进行切割,所述激光器以脉冲串输出激光,所述脉冲串包括多个子脉冲,所述子脉冲的时间间隔可调。上述LED晶圆片的加工方法,通过调整子脉冲之间的时间间隔,可以在裂纹传播过程中精确控制激光打入的时机,能够精确引导裂纹的走向,抑制不规则裂纹的产生,减少裂纹对LED晶圆片发光区的影响,提高LED晶圆片的切割良率,增加裂纹扩展的直线度。
Description
技术领域
本发明涉及LED生产制造技术领域,特别是涉及一种LED晶圆片的加工方法。
背景技术
在LED晶圆片的制造过程中,需要在蓝宝石衬底上生长LED发光层,LED发光层的厚度为3μm至6μm,蓝宝石衬底的厚度为80μm至150μm。由于蓝宝石衬底机械硬度高,晶圆片的加工一般采用激光引导裂纹的方式来实现。为了将形成有LED发光层的晶圆片分离成单个小的芯粒,激光一般从晶圆片的蓝宝石面入射,聚焦在蓝宝石衬底的一定深度处,利用激光引导的热应力使蓝宝石衬底沿着激光轨迹产生裂纹。对于具有一定厚度的晶圆片,激光加工的参数对裂纹形成的品质有着直接的影响。
由于脉冲激光器具有峰值功率高等优点,目前行业中通常使用脉冲激光器加工蓝宝石。脉冲激光器加工蓝宝石时,激光作用分为两个过程。第一个过程为多光子电离(Multiphoton Ionization)过程。这个过程相当于激光加工蓝宝石的“点火”过程,在加工材料一定的情况下,其发生的难易程度取决于作用的激光的能量密度,也就是激光的峰值功率。能够“点火”的最小峰值功率取决于加工材料。第二个过程为雪崩电离(Avalancheionization)过程。这个过程是第一个过程发生后才能产生,其决定了蓝宝石加工过程中产生的热应力的大小。同样的脉冲能量下,雪崩电离产生的容易程度与此脉冲的脉宽正向相关。短脉冲激光器虽然具有较高的峰值功率,但无法提供单点激光加工所需的热应力,因而一般使用多脉冲激光器加工蓝宝石。
现有多脉冲激光器对蓝宝石进行切割时,所产生的裂纹扩展不规则,裂纹直线度较差。
发明内容
基于此,有必要针对多脉冲激光器对蓝宝石切割时所产的裂纹直线度较差的问题,提供一种LED晶圆片的加工方法。
一种LED晶圆片的加工方法,包括以下步骤:采用激光器对LED晶圆片进行切割,所述激光器以脉冲串输出激光,所述脉冲串包括多个子脉冲,所述子脉冲的时间间隔可调。
上述LED晶圆片的加工方法,通过调整子脉冲之间的时间间隔,可以在裂纹传播过程中精确控制激光打入的时机,能够精确引导裂纹的走向,抑制不规则裂纹的产生,减少裂纹对LED晶圆片发光区的影响,提高LED晶圆片的切割良率,增加裂纹扩展的直线度。
在其中一个实施例中,采用声光调控或电光调控调节所述子脉冲之间的时间间隔。
在其中一个实施例中,所述脉冲串的每两个相邻子脉冲的时间间隔为20ps~2000ps。
在其中一个实施例中,所述脉冲串的时间间隔为1ns~500ns。
在其中一个实施例中,所述子脉冲的宽度为2ps~20ps。
在其中一个实施例中,所述激光的光斑直径为1μm~5μm。
在其中一个实施例中,所述LED晶圆片包括衬底层和覆盖于所述衬底层的发光层。
在其中一个实施例中,所述子脉冲的峰值功率逐渐减小。
在其中一个实施例中,所述子脉冲的峰值功率先增大后减小。
在其中一个实施例中,所述子脉冲的峰值功率先减小后增大。
附图说明
图1为激光切割LED晶圆片时所产生的裂纹的示意图;
图2为激光切割LED晶圆片时激光光斑与裂纹运动的示意图;
图3为现有技术中激光切割后的LED晶圆片横截面上裂纹的实物图;
图4为采用本发明LED晶圆片的加工方法的LED晶圆片横截面上裂纹的实物图;
图5为激光器以脉冲串方式输出的示意图;
图6为第一实施例中脉冲串的子脉冲峰值功率随时间变化的示意图;
图7为第二实施例中脉冲串的子脉冲峰值功率随时间变化的示意图;
图8为第三实施例中脉冲串的子脉冲峰值功率随时间变化的示意图;
图9为第四实施例中脉冲串的子脉冲峰值功率随时间变化的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
一种LED晶圆片的加工方法包括以下步骤:采用激光器对LED晶圆片进行切割,激光器以脉冲串输出激光,脉冲串包括多个子脉冲,子脉冲的时间间隔可调。
LED晶圆片包括衬底层和覆盖于衬底层的发光层。其中,衬底层的材质为蓝宝石。激光射向衬底层,并在衬底层内形成聚焦光斑,利用激光引导的热应力使衬底层沿着激光轨迹产生裂纹。
请参阅图1和图2,激光器发射出的激光照射至LED晶圆片上产生聚焦光斑,光斑直径为d。在一个重复周期内,激光照射使得LED晶圆片内部产生热应力,热应力引导产生的裂纹在LED晶圆片内以一定速度v传播。
裂纹从光斑中心传播到激光光斑的影响范围之外所需要的时间t=d/2v。通过调整子脉冲之间的时间间隔,可以在裂纹传播过程中精确控制激光打入的时机,能够精确引导裂纹的走向,抑制不规则裂纹的产生,减少裂纹对LED晶圆片发光区的影响,提高LED晶圆片的切割良率,增加裂纹扩展的直线度。
激光沿横向移动以对LED晶圆片进行切割,图3所示为未调节子脉冲时间间隔的LED晶圆片切割样品。图4所示为对子脉冲时间间隔进行调节后的LED晶圆片切割样品。可以看出图4中沿纵向产生的扩展纹较少,裂纹整体的直线度较高,由此表明通过调节子脉冲的时间间隔能够提高LED晶圆片的切割良率。
采用声光调控或电光调控能够调节子脉冲之间的时间间隔,具体的,如图5所示,相邻子脉冲的时间间隔为t1。采用声光调控或电光调控的方式对子脉冲进行遮断,以达到增大子脉冲的时间间隔的目的。在一实施例中,激光器的种子频率为5×106kHz,相应的子脉冲时间间隔为20ps,每隔一个子脉冲进行遮断处理,则最终输出的子脉冲时间间隔达到40ps。需要说明的是,通过声光调制器、电光调制器实现对子脉冲的声光调控或电光调控。
脉冲串的每两个相邻子脉冲的时间间隔为20ps~2000ps。相邻子脉冲的时间间隔不小于20ps,保证第一个子脉冲产生的裂纹扩展至光斑外部后,再打入第二个子脉冲,以提高裂纹扩展的直线度。同时,相邻子脉冲的时间间隔不超过2000ps,当蓝宝石完成了多光子电离后,在一个极短的时间内,激光的后续吸收率以及自由电子数将大幅度增加并随时间衰减。如果在这个过程中的任意时刻射入第二束子脉冲,则第二束子脉冲不需要经过多光子电离过程可直接利用这一瞬间的自由电子产生雪崩电离从而产生更多的自由电子并随之增大吸收率,因此为确保多脉冲模式下的激光吸收率,相邻子脉冲的时间间隔不超过2000ps。
需要说明的是,脉冲串的每两个相邻子脉冲的最小时间间隔等于激光器的种子频率的倒数,根据所需子脉冲的最小时间间隔选取合适的激光器型号。
脉冲串的时间间隔为1ns~500ns。请参阅图5,脉冲串的时间间隔为t2。脉冲串的时间间隔不应过长,避免激光在LED晶圆片上的打点密度过低。此外,脉冲串的时间间隔不小于1ns,避免激光在LED晶圆片上的打点密度过高,而对LED晶圆片产生不必要的损伤,影响切割良率。
子脉冲的宽度为2ps~20ps。在同样的脉冲能量条件下,雪崩电离产生的容易程度与子脉冲的宽度呈正向相关,因此为保证雪崩电离过程顺利发生,子脉冲的宽度应不小于2ps。相同能量条件下,子脉冲宽度越大,则子脉冲的峰值功率越低,而峰值功率大小决定了激光能否使被切割材料产生多光子电离过程,因此为确保LED晶圆片在激光光斑作用下能够发生多光子电离,子脉冲的宽度不超过20ps。
激光光斑的形状大致为圆形,激光的光斑直径为1μm~5μm。激光光斑直径不超过5μm,则裂纹从光斑中心传播到激光光斑的影响范围之外所需要的时间较短,避免不同子脉冲引导产生的裂纹相互叠加,有利于提高裂纹的直线度。
进一步地,激光器发射出的激光经由光路系统进行准直、聚焦等处理后射向LED晶圆片,通过改变光路系统的参数能够调节最终聚焦于LED晶圆片表面的激光光斑直径。
通过声光调控、电光调控的方式控制子脉冲的强度,使一个脉冲串内的子脉冲的峰值功率发生变化。
具体的,在第一实施例中,请参阅图6,可以使子脉冲的峰值功率逐渐增大。脉冲串中的一个子脉冲的峰值功率达到能够使LED晶圆片发生多光子电离的阈值,即能够引发多光子电离过程。通过使脉冲串的多个子脉冲的峰值功率逐渐增大,能够避免由于激光的峰值功率过大而影响激光加工的精度。
在第二实施例中,请参阅图7,子脉冲的峰值功率逐渐减小。脉冲串中的一个子脉冲的峰值功率达到能够使LED晶圆片发生多光子电离的阈值,即能够引发多光子电离过程。通过使脉冲串的多个子脉冲的峰值功率逐渐减小,能够避免由于激光的峰值功率过大而影响激光加工的精度。
在第三实施例中,请参阅图8,子脉冲的峰值功率先增大后减小。脉冲串中的一个子脉冲的峰值功率达到能够使LED晶圆片发生多光子电离的阈值,即能够引发多光子电离过程。通过使脉冲串的多个子脉冲的峰值功率先增大后减小,能够避免由于激光的峰值功率过大而影响激光加工的精度。
在第四实施例中,请参阅图9,子脉冲的峰值功率先减小后增大。脉冲串中的一个子脉冲的峰值功率达到能够使LED晶圆片发生多光子电离的阈值,即能够引发多光子电离过程。通过使脉冲串的多个子脉冲的峰值功率先减小后增大,能够避免由于激光的峰值功率过大而影响激光加工的精度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种LED晶圆片的加工方法,其特征在于,包括以下步骤:采用激光器对所述LED晶圆片进行切割,所述激光器以脉冲串输出激光,所述脉冲串包括多个子脉冲,所述子脉冲的时间间隔可调。
2.根据权利要求1所述的LED晶圆片的加工方法,其特征在于,采用声光调控或电光调控调节所述子脉冲之间的时间间隔。
3.根据权利要求1所述的LED晶圆片的加工方法,其特征在于,所述脉冲串的每两个相邻子脉冲的时间间隔为20ps~2000ps。
4.根据权利要求1所述的LED晶圆片的加工方法,其特征在于,所述脉冲串的时间间隔为1ns~500ns。
5.根据权利要求1所述的LED晶圆片的加工方法,其特征在于,所述子脉冲的宽度为2ps~20ps。
6.根据权利要求1所述的LED晶圆片的加工方法,其特征在于,所述激光的光斑直径为1μm~5μm。
7.根据权利要求1所述的LED晶圆片的加工方法,其特征在于,所述LED晶圆片包括衬底层和覆盖于所述衬底层的发光层。
8.根据权利要求1所述的LED晶圆片的加工方法,其特征在于,所述子脉冲的峰值功率逐渐减小。
9.根据权利要求1所述的LED晶圆片的加工方法,其特征在于,所述子脉冲的峰值功率先增大后减小。
10.根据权利要求1所述的LED晶圆片的加工方法,其特征在于,所述子脉冲的峰值功率先减小后增大。
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