CN110871401A - 一种led芯片的研磨抛光方法 - Google Patents

一种led芯片的研磨抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED芯片的研磨抛光方法，包括：将LED芯片固定在研磨盘上，通过砂轮对衬底的第二表面进行首次研磨，研磨厚度为200μm‑450μm；通过砂轮对第二表面进行第二次研磨，研磨厚度为60μm‑100μm；通过砂轮对第二表面进行第三次研磨，研磨厚度为20μm‑50μm；将研磨完成的LED芯片置于抛光垫上，通过含有钻石粒径为5μm‑7μm的抛光液，对衬底的第二表面进行第一次抛光；通过含有钻石粒径为2μm‑4μm的抛光液，对第二表面进行第二次抛光，获得厚度为120μm‑230μm的LED芯片。采用上述方法，能够有效减少LED芯片的划痕，提升其亮度，并降低LED芯片的破片率和掉背镀风险。

Description

一种LED芯片的研磨抛光方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种LED芯片的研磨抛光方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)具有功耗低、光效高、寿命长、体积小等诸多优点，已被广泛应用于照明、可见光通信、屏幕显示等领域。
通常，LED芯片以蓝宝石、硅或碳化硅作为衬底，在其上生长GaN基材料外延层。但是，受到切割工艺和LED应用端的需求的限制，LED芯片的最终厚度要求往往远小于其衬底的原始厚度。因此，在LED芯片的制备过程中，需要通过研磨的方式减薄衬底厚度，并通过抛光去除研磨时产生的细微划痕。
现有技术中，采用的是一步研磨和一步精抛的方法。由于只对LED芯片进行一次研磨和一次抛光，因而研磨时的进刀速度非常快，过快的进刀速度会使LED芯片的划痕增加，影响亮度；而抛光时所使用的较大的钻石粒径、抛光压力和抛光速度，也增加了LED芯片的破片率。
可见，现有技术中的研磨抛光方法降低了所制备的LED芯片的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种LED芯片的研磨抛光方法，能够有效减少LED芯片的划痕，提升其亮度，并降低LED芯片的破片率和掉背镀风险。
本身请提供一种LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，所述LED芯片包括衬底、缓冲层和发光结构层，所述衬底包括沿垂直于衬底所在平面的方向相对设置的第一表面和第二表面，所述缓冲层位于所述第一表面，所述发光结构层位于所述缓冲层远离所述衬底的一侧；所述方法包括：
将所述LED芯片固定在研磨盘上，通过砂轮对所述LED芯片的衬底的第二表面进行首次研磨，研磨厚度为200μm-450μm；
通过砂轮对所述衬底的第二表面进行第二次研磨，研磨厚度为60μm-100μm；
通过砂轮对所述衬底的第二表面进行第三次研磨，研磨厚度为20μm-50μm；
将研磨完成的所述LED芯片置于抛光垫上，通过含有钻石粒径为5μm-7μm的抛光液，对所述衬底的第二表面进行第一次抛光；
通过含有钻石粒径为2μm-4μm的抛光液，对所述衬底的第二表面进行第二次抛光，获得厚度为120μm-230μm的LED芯片。
可选地，所述将所述LED芯片固定在研磨盘上，通过砂轮对所述LED芯片的衬底的第二表面进行首次研磨的步骤之前，还包括：
通过上蜡工艺，将蜡涂覆于所述发光结构层远离衬底的一面；涂覆的蜡的厚度为1μm-3μm。
可选地，对LED芯片的所述衬底的第二表面进行首次研磨时，研磨的进刀速度为V1；对LED芯片的所述衬底的第二表面进行第二次研磨时，研磨的进刀速度为V2；对LED芯片的所述衬底的第二表面进行第三次研磨时，研磨的进刀速度为V3；其中，V1>V2>V3。
可选地，对LED芯片的所述衬底的第二表面进行首次研磨时，研磨的进刀速度为0.7μm/s-1μm/s。
可选地，对LED芯片的所述衬底的第二表面进行第二次研磨时，研磨的进刀速度为0.4μm/s-0.6μm/s。
可选地，对LED芯片的所述衬底的第二表面进行第三次研磨时，研磨的进刀速度为0.2μm/s-0.3μm/s。
可选地，对所述衬底的第二表面进行第一次抛光时，抛光速度为K1；对所述衬底的第二表面进行第二次抛光时，抛光速度为K2；其中，K1>K2。
可选地，对所述衬底的第二表面进行第一次抛光时，抛光压力为50kg-70kg，抛光速度为1.8μm/min-2.2μm/min，抛光时间为8min-12min。
可选地，对所述衬底的第二表面进行第二次抛光时，抛光压力为50kg-70kg，抛光速度为1μm/min-1.8μm/min，抛光时间为8min-12min。
可选地，通过含有钻石粒径为2μm-4μm的抛光液，对所述衬底的第二表面进行第二次抛光，获得厚度为120μm-230μm的LED芯片的步骤之后，还包括：
通过背镀、切割、裂片、测试、分选工艺，获得制备完成的LED芯片。
与现有技术相比，本发明提供的一种LED芯片的研磨抛光方法，至少实现了如下的有益效果：
(1)本申请所提供的一种LED芯片的研磨抛光方法中，由于对LED芯片进行了多步研磨，因此，在每一次研磨时都无需使用过大的进刀速度，能够减少芯片划痕、提升芯片亮度，并降低掉背镀的风险；
(2)本申请所提供的一种LED芯片的研磨抛光方法中，对LED芯片进行了多步抛光，通过钻石粒径、抛光压力和抛光速度等参数的配合，可以实现对LED芯片更为精细的抛光，与现有技术中一步抛光的方法相比，不再需要依靠过大的抛光速度来增加衬底第二表面的光滑度，从而降低了LED的破片率。
当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1所示为本申请实施例所提供的LED芯片的一种结构示意图；
图2所示为本申请实施例所提供的LED芯片的研磨抛光方法的一种流程图；
图3所示为图2实施例所提供的LED芯片的研磨过程示意图；
图4所示为图2实施例所提供的LED芯片的另一研磨过程示意图；
图5所示为图2实施例所提供的LED芯片的另一研磨过程示意图；
图6所示为图2实施例所提供的LED芯片的抛光过程示意图；
图7所示为图2实施例所提供的LED芯片的另一抛光过程示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
现有技术提供的LED芯片的研磨抛光方法中，仅对LED芯片进行一次研磨和一次抛光。故在研磨LED芯片的衬底时，进刀速度非常快，而过快的进刀速度会增加LED芯片的划痕，影响其亮度，增加掉背镀的风险；同样的，在抛光时，也需要使用较大的抛光速度平滑LED芯片衬底的第二表面，易造成LED芯片的破损，增加破片率。显然，现有技术中的研磨抛光方法降低了LED芯片的性能。
有鉴于此，本发明提供了一种LED芯片的研磨抛光方法，有效减少LED芯片的划痕，提升其亮度，并降低LED芯片的破片率和掉背镀风险。
以下将结合附图和具体实施例进行详细说明。
图1所示为本申请实施例所提供的LED芯片的一种结构示意图，图2所示为本申请实施例所提供的LED芯片的研磨抛光方法的一种流程图。请参见图1和图2，本申请提供的LED芯片的研磨抛光方法中，LED芯片包括衬底10、缓冲层20和发光结构层30，衬底10包括沿垂直于衬底所在平面的方向相对设置的第一表面40和第二表面50，缓冲层20位于第一表面，发光结构层30位于缓冲层远离衬底10的一侧。
该方法包括：
步骤201、将LED芯片固定在研磨盘上，通过砂轮对LED芯片的衬底10的第二表面50进行首次研磨，研磨厚度为200μm-450μm；
步骤202、通过砂轮对衬底10的第二表面50进行第二次研磨，研磨厚度为60μm-100μm；
步骤203、通过砂轮对衬底10的第二表面50进行第三次研磨，研磨厚度为20μm-50μm；
步骤204、将研磨完成的LED芯片置于抛光垫上，通过含有钻石粒径为5μm-7μm的抛光液，对衬底10的第二表面50进行第一次抛光；
步骤205、通过含有钻石粒径为2μm-4μm的抛光液，对衬底10的第二表面50进行第二次抛光，获得厚度为120μm-230μm的LED芯片。
具体地，本申请所提供的LED芯片的研磨抛光方法中，发光结构层30可以包括N-GAN301、MQW302、P-GAN303、ITO304、CB305、SiO2306、P电极307以及N电极308。
当然，图1仅对本申请中发光结构层30进行了示意，并不构成对发光结构层30的具体限定。在本申请的一些其他实施例中，发光结构层30还可体现为其他结构。
研磨工艺利用磨料与衬底10的第二表面50的摩擦来减薄衬底10的厚度。通常，不同尺寸和结构的LED芯片对于减薄厚度的要求也不同。
图3所示为图2实施例所提供的LED芯片的研磨过程示意图；图4所示为图2实施例所提供的LED芯片的另一研磨过程示意图；图5所示为图2实施例所提供的LED芯片的又一研磨过程示意图。请参见图3、图4和图5，本申请中研磨工艺包括对衬底的三次研磨，每一次研磨时的研磨厚度可以根据应用端最终所需的LED芯片的厚度来设置。其中，研磨厚度指研磨过程中，衬底10所减薄的厚度。具体地，由于未经研磨的衬底较厚，因而在首次研磨时，可先设置较大的研磨厚度，快速减薄衬底厚度，提高研磨效率；随着衬底厚度逐渐变小，第二次、第三次研磨时，研磨厚度也应随之减小，以避免研磨过程中出现碎片和伤片的现象。示例性地，可以将第一次研磨时的研磨厚度设置为280μm，将第二次的研磨厚度设置为70μm，将第三次的研磨厚度设置为30μm。本实施例中不对每一次研磨时的研磨厚度加以限定。
本申请所提供的一种LED芯片的研磨抛光方法中，由于对LED芯片进行了多步研磨，因此，在每一次研磨时都无需使用过大的进刀速度，能够减少芯片划痕、提升芯片亮度，并降低掉背镀的风险。
抛光工艺利用钻石砂轮及抛光液对LED芯片衬底进行减薄及平整度的修整。为了获得更好的表面质量，本申请对衬底10进行两次抛光，具体请参见图6及图7。与多步研磨的过程相同，在进行第一次抛光时，可以使用较大的抛光速度和含有较大钻石粒径的抛光液，快速平滑LED芯片衬底10的第二表面50；再次对衬底10的第二表面50进行精抛时，则应减小抛光速度，并更换含有较小的钻石粒径的抛光液。可以理解的是，第一抛光时减薄的厚度也大于第二次抛光时减薄的厚度。本实施例中，芯片厚度指衬底10的第二表面50，与发光结构层30远离衬底10的表面之间的垂直高度。
抛光工艺直接关系到LED芯片成品的良率与品质，由于本申请中采用多步抛光的方法，不仅可以减小衬底10的第二表面50的应力，也可以使第二表面50更加光滑。
本申请所提供的一种LED芯片的研磨抛光方法中，对LED芯片进行了多步抛光，通过钻石粒径、抛光压力和抛光速度等参数的配合，可以实现对LED芯片更为精细的抛光，与现有技术中一步抛光的方法相比，不再需要依靠过大的抛光速度来增加衬底第二表面50的光滑度，从而降低了LED的破片率。
需要说明的是，图3-图7仅示出了LED芯片的衬底和缓冲层，但本领域技术人员应当理解，在实际操作中，是对LED芯片整体进行研磨和抛光操作的。
可选地，在进行上述步骤S201之前，可以先通过上蜡工艺，将蜡涂覆于发光结构层30远离衬底10的一面；涂覆的蜡的厚度为1μm-3μm。
上蜡是LED芯片研磨制程中必不可少的工序。具体地，先将铁制或陶瓷圆盘置于预热盘上，当预热盘将圆盘加热到预设温度后，融化固态蜡，将其均匀涂抹在圆盘上；然后，将LED芯片粘贴到圆盘上并进行加压、冷却，使蜡液涂覆于发光结构层30远离衬底10的一面。
可以理解的是，在开始研磨之前，先对LED芯片进行上蜡处理，能够避免LED芯片在后续研磨和抛光过程中出现碎片和偏心现象，进一步提高了芯片性能。
可选地，对LED芯片的衬底10的第二表面50进行首次研磨时，研磨的进刀速度为V1；对LED芯片的衬底10的第二表面50进行第二次研磨时，研磨的进刀速度为V2；对LED芯片的衬底10的第二表面50进行第三次研磨时，研磨的进刀速度为V3；其中，V1>V2>V3。
具体地，对LED芯片的衬底10的第二表面50进行首次研磨时，研磨的进刀速度可以为0.7μm/s-1μm/s；对LED芯片的衬底10的第二表面50进行第二次研磨时，研磨的进刀速度可以为0.4μm/s-0.6μm/s；对LED芯片的衬底10的第二表面50进行第三次研磨时，研磨的进刀速度可以为0.2μm/s-0.3μm/s。
首次研磨时，由于研磨厚度较大，因而可以先设置较大的进刀速度，快速研磨衬底10的第二表面50，降低制程工时；随着研磨过程中，衬底厚度逐渐变小，进刀速度也应逐步减慢，以便进行更为精细的研磨，更加准确地控制衬底10的厚度。这样，不仅可以减少芯片划痕，也能够降低芯片断裂的风险。
此外，LED芯片背面(即衬底10的第二表面50)减薄后的粗糙度是影响后续镀膜牢固度和形貌的重要因素，粗糙度高则易残留研磨颗粒，导致镀膜后膜层粘附不牢而脱落，影响芯片质量。因此，本实施例中对LED芯片进行多步精细研磨还可以降低掉背镀的风险。
可选地，对衬底10的第二表面50进行第一次抛光时，抛光速度为K1；对衬底10的第二表面50进行第二次抛光时，抛光速度为K2；其中，K1>K2。
具体地，对衬底10的第二表面50进行第一次抛光时，抛光压力可以为50kg-70kg，抛光速度可以为1.8μm/min-2.2μm/min，抛光时间可以为8min-12min；对衬底10的第二表面50进行第二次抛光时，可以抛光压力可以为50kg-70kg，抛光速度可以为1μm/min-1.8μm/min，抛光时间可以为8min-12min。
抛光能够有效降低LED芯片衬底10的第二表面50的粗糙度，增强芯片第二表面50的光源反射能力，提高芯片的出光效率，达到提高芯片亮度的目的。本实施例中，由于每一次抛光时都具体设置了抛光压力、抛光速度和钻石粒径等参数，通过各个参数的配合对LED芯片进行多步精抛，与现有技术中一步抛光的方法相比，可以使LED芯片衬底10的第二表面50更加光滑，进一步降低掉背镀的风险。
可选地，完成对LED芯片的研磨抛光后，可以通过背镀、切割、裂片、测试、分选工艺，获得制备完成的LED芯片。
可见，本申请中LED芯片的研磨抛光方法无需新增设备，有利于实现工业化量产及LED产业化推广。
分别使用本申请的LED芯片研磨抛光方法，和现有技术中的LED芯片研磨抛光方法，制备获得样品1及样品2，样品1和样品2的尺寸均为9*45mil。其中，样品1的衬底的第二表面的划痕，远少于样品2中衬底的第二表面的划痕。进一步地，在测试电流为20mA的条件下，对样品1和样品2的性能进行测试，获得如表1所示的多组实验数据的平均值。
参见表1，样品1的工作电压VF1为2.83v，亮度LOP1为38.6mw，波长为452.3nm，样品2的工作电压为VF1为2.84v，亮度LOP1为38.3mw，波长为452.7nm。由表1可以得出，与样品2相比，本发明提供的LED芯片的研磨抛光方法制备获得的样品1电压低、波长短，但亮度提高了0.8％。。
可见，通过对LED芯片多步研磨和多步抛光的制程，能够提升亮度，改善LED芯片的性能。
表1
类别 VF1(AVG) LOP1(AVG) WD1(AVG)
样品1 2.83v 38.6mw 452.3nm
样品2 2.84v 38.3mw 452.7nm
综上，本发明提供的一种LED芯片的研磨抛光方法，至少实现了如下的有益效果：
(1)本申请所提供的一种LED芯片的研磨抛光方法中，由于对LED芯片进行了多步研磨，因此，在每一次研磨时都无需使用过大的进刀速度，能够减少芯片划痕、提升芯片亮度，并降低掉背镀的风险；
(2)本申请所提供的一种LED芯片的研磨抛光方法中，对LED芯片进行了多步抛光，通过钻石粒径、抛光压力和抛光速度等参数的配合，可以实现对LED芯片更为精细的抛光，与现有技术中一步抛光的方法相比，不再需要依靠过大的抛光速度来增加衬底第二表面的光滑度，从而降低了LED的破片率。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，所述LED芯片包括衬底、缓冲层和发光结构层，所述衬底包括沿垂直于衬底所在平面的方向相对设置的第一表面和第二表面，所述缓冲层位于所述第一表面，所述发光结构层位于所述缓冲层远离所述衬底的一侧；所述方法包括：
将所述LED芯片固定在研磨盘上，通过砂轮对所述LED芯片的衬底的第二表面进行首次研磨，研磨厚度为200μm-450μm；
通过砂轮对所述衬底的第二表面进行第二次研磨，研磨厚度为60μm-100μm；
通过砂轮对所述衬底的第二表面进行第三次研磨，研磨厚度为20μm-50μm；
将研磨完成的所述LED芯片置于抛光垫上，通过含有钻石粒径为5μm-7μm的抛光液，对所述衬底的第二表面进行第一次抛光；
通过含有钻石粒径为2μm-4μm的抛光液，对所述衬底的第二表面进行第二次抛光，获得厚度为120μm-230μm的LED芯片。
2.根据权利要求1所述的LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，所述将所述LED芯片固定在研磨盘上，通过砂轮对所述LED芯片的衬底的第二表面进行首次研磨的步骤之前，还包括：
通过上蜡工艺，将蜡涂覆于所述发光结构层远离衬底的一面；涂覆的蜡的厚度为1μm-3μm。
3.根据权利要求2所述的LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，
对LED芯片的所述衬底的第二表面进行首次研磨时，研磨的进刀速度为V1；对LED芯片的所述衬底的第二表面进行第二次研磨时，研磨的进刀速度为V2；对LED芯片的所述衬底的第二表面进行第三次研磨时，研磨的进刀速度为V3；其中，V1>V2>V3。
4.根据权利要求3所述的LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，对LED芯片的所述衬底的第二表面进行首次研磨时，研磨的进刀速度为0.7μm/s-1μm/s。
5.根据权利要求3所述的LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，对LED芯片的所述衬底的第二表面进行第二次研磨时，研磨的进刀速度为0.4μm/s-0.6μm/s。
6.根据权利要求3所述的LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，对LED芯片的所述衬底的第二表面进行第三次研磨时，研磨的进刀速度为0.2μm/s-0.3μm/s。
7.根据权利要求2所述的LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，对所述衬底的第二表面进行第一次抛光时，抛光速度为K1；对所述衬底的第二表面进行第二次抛光时，抛光速度为K2；其中，K1>K2。
8.根据权利要求7所述的LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，对所述衬底的第二表面进行第一次抛光时，抛光压力为50kg-70kg，抛光速度为1.8μm/min-2.2μm/min，抛光时间为8min-12min。
9.根据权利要求7所述的LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，对所述衬底的第二表面进行第二次抛光时，抛光压力为50kg-70kg，抛光速度为1μm/min-1.8μm/min，抛光时间为8min-12min。
10.根据权利要求9所述的LED芯片的研磨抛光方法，其特征在于，通过含有钻石粒径为2μm-4μm的抛光液，对所述衬底的第二表面进行第二次抛光，获得厚度为120μm-230μm的LED芯片的步骤之后，还包括：
通过背镀、切割、裂片、测试、分选工艺，获得制备完成的LED芯片。
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