CN110416155A - 一种led晶圆切割劈裂方法及led芯片 - Google Patents

一种led晶圆切割劈裂方法及led芯片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED晶圆切割劈裂方法，其包括将LED晶圆装载至激光划线机中；采用第一激光在划出多条第一切割线，形成多个第一爆炸面；采用第二激光划出至少两条第二切割线，形成第二爆炸面；采用第一激光沿划出多条第三切割线；然后劈裂，得到LED芯片。本发明通过多层次的、有序的爆炸面，有效收敛了劈裂纹，防止劈裂纹在LED芯片厚度方向上蔓延；进而消除了固晶过程中的爬胶现象，大幅度提升了打线成功率，大幅度提升了LED芯片的可靠性。

Description

一种LED晶圆切割劈裂方法及LED芯片
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种LED晶圆切割劈裂方法及LED芯片。
背景技术
在LED芯片封装过程中，“爬胶”是一种常见的现象，其往往对LED芯片的各项功能造成不良的影响。具体的，封装过程中的爬胶现象具体的可分为两类，一类是封胶过程之中产生的爬胶，即封装胶(一般为环氧树脂)沿着支架方向移动、爬升的现象，其会对LED芯片的散热等功能造成巨大的影响；一般通过对于封胶工艺的改善(如中国专利200310107934.7)和支架结构(如中国专利201720325918.2)的改善，来消除或降低这种爬胶现象发生的概率。另一类爬胶现象产生在固晶过程之中，在采用固晶胶固定芯片的过程之中，固晶胶会爬升到芯片电极表面，污染电极，从而影响后续打线工艺，造成打线不良，形成大量死灯。而打线不良是LED封装工艺过程中最为常见也是最为严重的缺陷。
为了改善这种固晶过程中的爬胶现象，本申请人提出了改善LED固晶机用点胶头(201320529477.X)的技术方案，通过对点胶头的改进，精确控制了两点点胶量，降低了爬胶现象发生的概率。然而，仍未有效杜绝固晶过程中的爬胶现象。同时，也有其他申请人通过改善LED芯片的整体封装结构，来改善固晶爬胶现象。如中国专利201520360658.3提出了一种T字型的垂直结构LED晶片，其能有效防止固晶胶爬胶。但是这种结构的制作难度高，工艺成本高。
通过对于固晶过程中爬胶现象的研究发现，固晶过程中的爬胶主要是沿着切割、劈裂过程中形成劈裂痕向上爬动，进而到达LED芯片电极表面。因此，减少或者消除劈裂痕迹，是从根本上消除固晶过程中爬胶现象的必由之路。
另一方面，现有的切割劈裂技术是：以激光划片机在LED晶圆正面划出一道深度约为晶圆整体厚度1/5～1/3，开口宽度约为10～14μm的切割线，然后将LED晶圆正面粘附在白膜上，通过劈裂机劈刀作用于LED晶圆背面切割线的位置，LED晶圆切割线受到外力作用而使LED晶圆分离成一粒粒LED芯片。这种切割技术很容易形成纵向贯穿LED芯片的劈裂裂痕；从而在后期引发爬胶现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种LED晶圆的切割和劈裂方法，其可有效减少贯穿晶片劈裂痕的数量，防止固晶胶发生爬胶现象，提高晶片可靠度。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种LED芯片，其可靠性高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种LED晶圆切割劈裂方法，其包括：
(1)将LED晶圆装载至激光划线机中；
(2)采用第一激光在LED晶圆衬底一侧划出多条相互平行的第一切割线，以形成多个第一爆炸面；
(3)采用第二激光沿所述第一切割线划出至少两条第二切割线，以形成至少两个用于截止劈裂痕的第二爆炸面；
(4)采用第一激光沿与所述第一切割线垂直的方向划出多条相互平行的第三切割线；
(5)将LED晶圆装载至劈裂机中，劈裂刀沿所述第一切割线和第三切割线将LED晶圆劈裂，得到LED芯片；
其中，所述LED晶圆包括衬底和设于所述衬底上的发光结构；
所述第一激光和第二激光的焦点不同。
作为上述技术方案的改进，所述衬底的厚度≤150μm。
作为上述技术方案的改进，所述第一切割线的深度为所述衬底厚度的1/8～3/8；
所述第二切割线的深度为所述衬底厚度的2/9～4/9。
作为上述技术方案的改进，所述第一切割线的深度为30～50μm。
作为上述技术方案的改进，所述第二切割线的深度为50～70μm，长度为80～100μm，相邻第二切割线之间的间距为40～80μm。
作为上述技术方案的改进，所述第一激光和第二激光的波长为850～1400nm。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)包括：
(3.1)采用第二激光沿所述第一切割线划出至少两条第二切割线，以形成用于截止劈裂痕的第二爆炸面；
(3.2)采用第四激光沿所述第一切割线划出至少一条第四切割线，以形成用于截止劈裂痕的第四爆炸面；
其中，所述衬底的厚度＞150μm。
作为上述技术方案的改进，所述第四切割线的深度为所述衬底厚度的1/3～2/3。
作为上述技术方案的改进，所述第四切割线的深度为70～90μm，长度为40～80μm；相邻第四切割线的间距为120～200μm。
相应的，本发明还公开了一种LED芯片，其由上述的切割劈裂方法加工而得。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本发明采用不同焦点的激光对待切割处进行多次切割，形成了多层次的、有序的爆炸面，这些爆炸面在后续的劈裂过程中能有效收敛劈裂纹，防止劈裂纹在LED芯片厚度方向上蔓延；进而消除了固晶过程中的爬胶现象，大幅度提升了打线成功率，提升了LED芯片的可靠性。
2.本发明通过对爆炸面间距、长度、深度的联合控制，使得LED晶圆在后续劈裂过程中易于劈裂，不提升劈裂工艺难度。同时，也有效降低了激光切割的次数，确保了较高的工艺效率和较低的工艺成本。
附图说明
图1是本发明中一种LED晶圆切割劈裂方法的流程图；
图2是图1中步骤S4后LED晶圆的结构示意图；
图3是图2A-A截面的剖面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图1，本发明公开了一种LED晶圆切割劈裂方法，其包括以下步骤：
S1：将LED晶圆装载至激光划线机中；
具体的，在LED晶圆完成前道制程后，对LED晶圆进行研磨抛光后，装载至激光划线机中。
其中，LED晶圆1包括衬底2和设于衬底上的发光结构3；本发明中的LED晶圆可为正装型LED晶圆、倒装型LED晶圆或垂直型LED晶圆，但不限于此。
S2：采用第一激光在LED晶圆衬底一侧划出多条相互平行的第一切割线，以形成多个第一爆炸面；
具体的，参见图2和图3，采用第一激光在LED晶圆1的衬底2一侧划出多条相互平行的第一切割线4；第一切割线4在晶圆直径方向或平行直径的方向上贯穿LED晶圆；通过第一激光与LED晶圆的作用，在芯片厚度方向上，形成多个第一爆炸面41，为后续劈裂过程提供劈裂位置。
其中，第一切割线4的深度为衬底2厚度的1/8～3/8；当第一切割线的深度小于衬底2厚度的1/8时，难以劈裂；当其深度大于衬底2的厚度的3/8时，容易与后续第二切割线发生协同作用，造成斜劈，形成不规则的断面，从而影响LED芯片的侧面出光。优选的，第一切割线的深度为衬底2厚度的1/8～1/4；具体的为30～50μm；进一步优选为1/4。
其中，第一激光的波长为850～1400nm；优选的，第一激光的波长为1200～1400nm，此波长范围的激光光斑小、切割缝质量良好。
其中，第一激光切割采用正焦距；即第一激光的焦点位于衬底2的上表面以上；其切割得到的相邻第一爆炸面41上部的距离大于下部距离(即切割缝呈现Y型)，便于劈刀定位。
S3：采用第二激光沿所述第一切割线划出至少两条第二切割线，以形成至少两个用于截止劈裂痕的第二爆炸面；
具体的，沿着第一切割线4形成的切割槽继续切割，在切割过程中，控制激光周期性打开和关闭，以形成多条间断的第二切割线5；进而与第一爆炸面41配合形成多个第二爆炸面51。第二爆炸面51可有效收集劈裂痕，有效防止劈裂痕在LED芯片深度方向上蔓延。同时，第二爆炸面51也能够与第一爆炸面41配合，保证LED晶圆顺利劈裂。
其中，第二切割线5的深度为衬底2厚度的2/9～4/9；当第二切割线5的深度小于衬底2的厚度的2/9时，其无法有效收敛劈裂痕；当其深度大于衬底厚度的4/9时，在第二切割线形成的过程中，即容易造成衬底损伤，使得劈裂无法顺利进行。优选的，第二切割线5的深度为衬底2厚度的1/3，即50～70μm。
第二切割线5的长度为80～100μm；此长度范围内的第二切割线5具有较佳的收敛劈裂痕的作用，也能保障劈裂顺利进行。优选的，第二切割线5的宽度为100μm。
进一步的，第二切割线的长度、深度、数目(间距)共同影响了劈裂痕的收敛程度以及晶圆的可劈裂性。在LED晶圆总长度特定，第二切割线的长度和深度处于上述范围内时，就需要确定第二切割线的数目(间距)，以确保第二爆炸面能否充分发挥作用。
在本发明中，采用下述公式计算第二切割线的数目
其中，N为第二切割线的数目；T为衬底的厚度；L为第二切割线所在的第一切割线的长度；D为第二切割线的长度；d为第二切割线的长度；其中，T、L、D、d的单位均为μm。
通过上述公式可计算得到最佳数目的第二切割线5数目，并根据LED晶圆的长度来确定相邻第二切割线5之间的间距，进而控制激光达到切割效果。
另一种确定第二切割线5数目的方法是：规定第二切割线之间的间距，进而计算。通过发明人大量的实践发现，当相邻第二切割线间距为40～80μm时，具有最佳的劈裂痕截止效果，也不影响LED晶圆的可劈裂性。进一步的，第二切割线5之间的间距为40～60μm。
其中，第二激光的波长为850～1400nm；优选的，第二激光的波长为850～1000nm，此波长范围的激光功率更高，切割造成的附带损伤更小，且激光光斑小、切割缝质量良好。
其中，第二激光切割采用零焦距或负焦距方式进行切割。所谓零焦距，即控制第二激光的焦点恰好位于待切割面的水平线上；所谓负焦距，即控制第二激光的较低在衬底待切割面之下；这两种切割方式得到的第二爆炸面平滑度高，且相邻第二爆炸面平行度高，利于收集劈裂痕。
进一步的，当LED晶圆衬底2厚度＞150μm时，第二爆炸面无法完全收集劈裂纹；因此需要进一步增加劈裂纹收集面。具体的，此时步骤S3包括：
S31：采用第二激光沿所述第一切割线划出至少两条第二切割线，以形成用于截止劈裂痕的第二爆炸面；
其中，第二切割线5的深度、长度、个数(间距)与上述相同。
S32：采用第四激光沿所述第一切割线划出至少一条第四切割线，以形成用于截止劈裂痕的第四爆炸面；
具体的，沿着第一切割线4形成的切割槽继续切割，在切割过程中，控制激光周期性打开和关闭，以形成多条间断的第四切割线7；进而与第一爆炸面41配合形成多个第四爆炸面71。第四爆炸面71与第二爆炸面51配合，可有效收集劈裂痕，有效防止劈裂痕在LED芯片深度方向上蔓延。同时，第四爆炸面71、第二爆炸面51也能够与第一爆炸面41配合，保证LED晶圆顺利劈裂。
其中，第四切割线7的深度为衬底2厚度的1/3～2/3；优选的，第四切割线7的深度为衬底2厚度的1/2，即70～90μm。
第四切割线7的长度为40～80μm；此长度范围内的第四切割线7具有较佳的收敛劈裂痕的作用，也能保障劈裂顺利进行。优选的，第四切割线7的宽度为50μm。
为了更好地发挥第四爆炸面、第二爆炸面的配合作用，就需要对第四切割线的数目(间距)进行控制，在本发明中，相邻第四切割线的间距为120～200μm。此间距范围的第四爆炸面具有最佳的截止劈裂痕的效果，同时也能保障劈裂顺利进行。优选的，相邻第四切割线的间距为150～180μm。
其中，第四激光的波长为850～1400nm；优选的，第二激光的波长为850～1000nm，此波长范围的激光功率更高，切割造成的附带损伤更小，且激光光斑小、切割缝质量良好。
其中，第四激光切割采用负焦距方式进行切割。此切割方式得到的第四爆炸面平滑度高，且相邻第四爆炸面平行度高，利于收集劈裂痕。
S4：采用第一激光沿与所述第一切割线垂直的方向划出多条相互平行的第三切割线；
具体的，参考图2，采用第一激光沿与第一切割线垂直的方向划出多条相互平行的第三切割线6；第三切割线6在晶圆直径方向或平行直径的方向上贯穿LED晶圆。第三切割线6用于垂直于第一切割线方向上的劈裂。
第三切割线6的深度、长度与第一切割线4相同；两者采用的切割条件也相同。
S5：将LED晶圆装载至劈裂机中，劈裂刀沿所述第一切割线和第三切割线将LED晶圆劈裂，得到LED芯片；
具体的，包括：
S51：将LED晶圆正面和背面均贴附一层白膜；然后装载至劈裂机中；
S52：劈裂刀作用于LED晶圆背面的第一切割线和第三切割线，将LED晶圆劈裂，得到LED芯片。
相应的，本发明还公布了一种LED芯片，其采用上述切割劈裂方法加工而得。
本发明通过多层次的、有序的爆炸面，有效收敛了劈裂纹，防止劈裂纹在LED芯片厚度方向上蔓延；进而消除了固晶过程中的爬胶现象，大幅度提升了打线成功率，据统计，采用原来工艺，打线不良率在3～5％左右，而采用本发明的切割劈裂方法之后，打线不良率降到了0.5％以下，大幅度提升了LED芯片的可靠性。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED晶圆切割劈裂方法，其特征在于，包括：
(1)将LED晶圆装载至激光划线机中；
(2)采用第一激光在LED晶圆衬底一侧划出多条相互平行的第一切割线，以形成多个第一爆炸面；
(3)采用第二激光沿所述第一切割线划出至少两条第二切割线，以形成至少两个用于截止劈裂痕的第二爆炸面；
(4)采用第一激光沿与所述第一切割线垂直的方向划出多条相互平行的第三切割线；
(5)将LED晶圆装载至劈裂机中，劈裂刀沿所述第一切割线和第三切割线将LED晶圆劈裂，得到LED芯片；
其中，所述LED晶圆包括衬底和设于所述衬底上的发光结构；
所述第一激光和第二激光的焦点不同。
2.如权利要求1所述的LED晶圆切割劈裂方法，其特征在于，所述衬底的厚度≤150μm。
3.如权利要求2所述的LED晶圆切割劈裂方法，其特征在于，所述第一切割线的深度为所述衬底厚度的1/8～3/8；
所述第二切割线的深度为所述衬底厚度的2/9～4/9。
4.如权利要求3所述的LED晶圆切割劈裂方法，其特征在于，所述第一切割线的深度为30～50μm。
5.如权利要求3所述的LED晶圆切割劈裂方法，其特征在于，所述第二切割线的深度为50～70μm，长度为80～100μm，相邻第二切割线之间的间距为40～80μm。
6.如权利要求1所述的LED晶圆切割劈裂方法，其特征在于，所述第一激光和第二激光的波长为850～1400nm。
7.如权利要求1所述的LED晶圆切割劈裂方法，其特征在于，步骤(3)包括：
(3.1)采用第二激光沿所述第一切割线划出至少两条第二切割线，以形成用于截止劈裂痕的第二爆炸面；
(3.2)采用第四激光沿所述第一切割线划出至少一条第四切割线，以形成用于截止劈裂痕的第四爆炸面；
所述衬底的厚度＞150μm。
8.如权利要求7所述的LED晶圆切割劈裂方法，其特征在于，所述第四切割线的深度为所述衬底厚度的1/3～2/3。
9.如权利要求7所述的LED晶圆切割劈裂方法，其特征在于，所述第四切割线的深度为70～90μm，长度为40～80μm；相邻第四切割线的间距为120～200μm。
10.一种LED芯片，其特征在于，其由权利要求1-9任一项所述的切割劈裂方法加工而得。
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GR01 Patent grant
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