CN111900080A - 一种led芯片的切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片的切割方法，本发明采用紫外激光背面划片做标记同时利用激光高温汽化去除背面金属，采用锯片刀P面全半切和N面全切的方法，使芯片分割成为一个个个独立的晶粒，相比现有工艺从P面直接切透或最终使用裂片机劈裂，既消除了锯片刀直接切割金属造成刀刃磨损产生崩边和使用裂片机的机械压力带来的斜裂、崩边等外观异常，同时从背面全切割能增大发光面积。此种方法是一种即能改善切割外观又能够增大LED发光面积提高亮度的切割方法。本发明工艺简单，参数设置合理，不仅能改善切割外观，提高芯片良率，同时又增大了LED发光面积，提高亮度，具有较好的实用性和工业推广性。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片制备技术领域，具体是一种LED芯片的切割方法。
背景技术
在LED芯片制备工艺中，切割就是将经过光刻、镀膜、减薄等工艺制程后的整个芯片分割成所需求尺寸的单一晶粒的过程，这是半导体发光二极管芯片制备工艺中不可或缺的一道工序。对于LED芯片，比较传统的也是现业界采用最广泛的切割方式是锯片切割。
锯片切割是用高速旋转(3-4r/min)的金刚刀按工艺需求设定好的程序将芯片完全锯开成单一的晶粒；常规的GaAs基LED芯片的切割方法是先用金刚刀将芯片进行微切(半切)，再用金刚刀沿半切刀痕进行全切断。但是锯片切割存在一个不可避免的问题：GaAs材料比较脆，而且芯片正背面会蒸镀比较厚的金属材料，使得芯片本身的应力较大，再加上切割时切割刀直接接触芯片，这就使得芯片加工时容易破碎，芯片周围边缘容易产生崩边、崩角、裂纹等，影响芯片外观质量，降低良率。
激光切割是随着激光技术的发展而出现的一种新型的切割技术，主要有激光表面切割和隐形切割两种；激光切割是通过一定能量密度和波长的激光束聚焦在芯片表面或内部，通过激光在芯片表面或内部灼烧出划痕，然后再用裂片机沿划痕裂开。
激光切割具有产能高、成品率高、自动化操作、成本低等优势。但激光切割本身也存在一些问题，激光划片时，激光照射会破坏芯片的有源区，需要在芯片四周设置较宽的划线槽，由于划线槽里存在较厚的金属层，激光作用后，会产生大量的碎屑，划线槽边缘会出现喷涂、烧蚀现象，也限制了产能的提升，同时裂片机裂片时也会因金属材料的延展性出现难裂、双胞等现象。
中国专利文献CN102709171B公开的《GaAs基板超小尺寸LED芯片的切割方法》，包括：首先在芯片表面实行全面微切的步骤，半切的深度为芯片总体高度的10％～20％，然后对芯片进行全透切割的步骤，即将半切后的芯片放置于切割机台上，用钻石刀将芯片从边沿开始沿切割道进行彻底分离的切割。但该方法的缺点是沿着半切的切割道进行全面透切割事，刀高必须降低，刀深加深，刀背与芯片表面接触面积增大，不可避免的会产生崩裂，不能有效的解决切割崩裂问题。
CN102709409B公开的《一种四元系LED芯片及其切割方法》，包括：第一步在LED芯片正极端一面用金刚石切割刀半切LED芯片，形成切割道，将等间距排列的LED芯片的正极端分隔开，第二步LED芯片的正极端贴上蓝膜，负极短贴上麦拉膜，第三步将LED芯片的正极端朝下，负极端朝上放置于劈裂机的劈裂台上，用劈裂机的劈裂刀沿切割道将LED芯片压断，LED芯片被加工成了一个个独立的晶粒。但该方法的缺点是芯片正极用金刚石刀切，负极直接用劈裂刀劈裂，直接作用在芯片上的刚性力量大，芯片自身的翘曲应力也大，切割后的芯片出现崩裂、崩角的概率非常大。
CN104347760A公开的《一种LED芯片的切割方法》，包括：在芯片背面用激光划出划痕，用金刚石锯片刀沿划痕锯片，还包括将背切的芯片翻转倒膜，用裂片刀在芯片正面沿沟槽切割成一颗颗晶粒。但该方法的缺点是芯片背面用激光划出划痕后再用锯片刀直接切割，划痕槽边缘并不光滑平整，容易造成锯片刀崩刀，导致崩裂，且制备的芯片是换衬底的芯片，不适用与常规工艺制备的芯片。
CN102079015A公开的《一种GaAs基LED芯片的激光切割方法》，包括：在GaAs芯片N面用激光切割形成激光划痕，然后在GaAs芯片P面用裂片机沿激光划痕将芯片裂开，形成激光划痕的深度为芯片厚度的1/10-4/5。但该方法的缺点是芯片N面激光划痕过深时，容易破坏芯片外延层结构，深度不足时，P面虽然尽可能最大的保留了原材料区域，但是GaAs材料的硬脆，自身应力较大，P面直接用裂片刀裂时，容易发生背裂。
CN105226143B公开的《一种GaAs基LED芯片的切割方法》，包括在GaAs芯片P面半切，形成纵横交错的切割槽，将芯片P面电极等间距分隔开；再将沿P面半切的切割槽进行芯片N面划片，释放芯片N面应力；最后在芯片N面用裂片机的劈刀沿划痕进行裂片，芯片被加工成独立的晶粒。采用锯片机与激光划片机优势互取的组合切割方法，但该方法利用裂片机进行裂片，使用裂片机的机械压力带来的斜裂、崩边等外观异常，降低芯片良率。
针对上述问题，我们需要设计一种LED芯片的切割方法，需要该方法既能改善切割外观，又能够增大LED发光面积提高亮度，这是我们亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片的切割方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LED芯片的切割方法，包括以下步骤：
1)准备芯片；
2)芯片P面半切；
3)芯片N面激光划片；
4)芯片N面全切；
5)扩膜机扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；
6)结束操作。
较优化的方案，包括以下步骤：
1)准备芯片：取研磨后的芯片，备用；
2)芯片P面半切：取步骤1)准备的芯片，放入锯片机，
锯片机自动校准水平，分别沿水平解理边和垂直解理边进行半切，直至将P面电极等距离分割；
3)芯片N面激光划片：取步骤2)切割后的芯片，贴蓝膜；
再将贴完膜的芯片放入紫外激光划片机，根据P面半切刀痕调整水平，划片切割；
4)芯片N面全切：取步骤3)激光划片后的芯片，放入锯片机中，N面上沿着激光划痕切割，切割深度与P面的半切深度重合；
5)再将芯片放在扩膜机上，预热，扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；
6)结束操作。
较优化的方案，包括以下步骤：
1)准备芯片：取研磨后的芯片，备用；
2)芯片P面半切：取步骤1)准备的芯片，P面朝上放入锯片机，锯片机自动校准水平，分别沿水平解理边和垂直解理边进行半切，直至将P面电极等距离分割；半切深度为芯片厚度的22％-25％；步骤2)中，利用锯片机在芯片P(电极面)半切，直至CH1(垂直解理边)面和CH2(垂直解理边)面切割完成，P面上形成纵横交错的切割槽，将芯片P面电极等间距分隔开；这样可以最大限度释放芯片P面应力；切割槽设计为V型，保证芯片P面受力融合，切割槽道能够无崩边、毛刺；步骤2)中半切深度为芯片厚度的22％-25％，不仅可以切透外延层，同时也便于后续的光电参数测试提供便利；
3)芯片N面激光划片：取步骤2)切割后的芯片，P面朝向蓝膜，N面朝上，贴在蓝膜上；再将贴完膜的芯片放入紫外激光划片机，根据P面半切刀痕调整水平，N面划片切割，形成的激光划痕的深度为芯片厚度的10％-15％；步骤3)中，首先将芯片贴蓝膜，蓝膜的延展性明显优于白膜，通过在芯片上贴蓝膜，便于后续进行扩膜，可以有效扩大芯片之间的间距；蓝膜的设计不仅可以有效防止在切割过程中，芯片发生崩边、飞片现象，同时可以能够保证芯片的完整性，在切割过程中芯片不会发生位移现象；同时步骤3)再根据P面半切刀痕，利用紫外激光划片机在N面划片切割，本发明中将切割深度设置为10％-15％，深度过深时在切割的过程中会产生裂片，影响后续作用，降低良率，如果过浅的话，由于芯片背面有金属，切割深度较小时，切割时无法将金属层切透，在后续锯片刀切割时会产生崩刀等不良影响；而划片切割深度为10％-15％时，切割后不仅可以极大程度的保留原材料区域，同时紫外激光背面划片做标记时，可以有效去除背面金属，便于后续利用锯片机沿着激光标记进行切割；
4)芯片N面全切：取步骤3)激光划片后的芯片，放入锯片机中，N面上沿着激光划痕切割，切割深度与P面的半切深度重合；步骤4)中，在N面利用锯片机沿着激光划痕进行切割，由于GaAs材料的硬脆，自身应力较大，在N面上利用裂片刀裂时，容易发生背裂情况，同时芯片应力较大，切割后的芯片容易出现崩裂、崩角的情况，因此本设计中利用锯片机进行切割，有效降低了使用裂片机的机械压力带来的斜裂、崩边等外观异常，提高芯片的外观质量和良率；本发明中利用锯片机在N面全切，在避免裂片机的机械压力的同时，还增大了发光面积，提高芯片亮度，具有较好的实用性；
5)再将芯片放在扩膜机上，预热10s，扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；步骤5)中，对划裂后的晶粒进行扩张，使得切割后的晶粒均匀扩张分离，便于后续进行拣片，同时也能够保证芯片的外观质量和良率。
6)结束操作。
较优化的方案，所述步骤2)中，锯片机的切割速度为40-70mm/s，锯片刀的刀刃伸出量为400-550μm。在步骤2)中，根据半切深度，我们调整锯片刀的刀刃伸出量，将其设置为400-550μm，有效提高切割外观，保证切割效果；同时由于切割速度较快时会导致芯片崩边等现象，切割过慢又会影响量产，因此步骤2)中将切割速度设计为40-70mm/s，在保证芯片外观质量的同时提高芯片的生产效率；
较优化的方案，所述步骤3)中，激光器功率为1.4-1.7W，功率输出百分比为60-98％，划片速度120-150mm/s。
较优化的方案，所述步骤4)中，锯片机的锯片刀高为芯片和蓝膜厚度的80％-85％，切割速度为50-70mm/s。
较优化的方案，所述步骤5)中，预热温度为70-75℃。
较优化的方案，所述芯片的衬底为砷化镓基、硅基中的一种。
较优化的方案，所述蓝膜型号为spv-224S，所述蓝膜的尺寸为220mm×100m。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明适合砷化镓基、硅基衬底LED芯片的切割；本发明首先利用锯片机进行芯片P面半切，这样可以有效释放芯片P面的应力，同时将外延层切透，便于后续的光电参数测试；随即将芯片贴蓝膜，保证芯片在切割过程中不会发生飞片、崩边现象，同时对芯片起到固定作用，避免芯片在N面激光切割时发生位置的移动；由于本发明中后续利用锯片刀切割，避免使用裂片机裂片，所以在贴膜时直接选择芯片贴蓝膜，而不用贴白膜后再进行倒膜，大大简化了工艺，同时降低生产污染；再在芯片N面进行激光切割，紫外激光背面划片做标记同时利用激光高温汽化去除背面金属，切割深度为10-15％，极大程度的保留了芯片的原材料区域；最后利用锯片机进行N面全切，使芯片分割成为一个个个独立的晶粒。
相比现有工艺从P面直接切透或最终使用裂片机劈裂，本发明既消除了锯片刀直接切割金属造成刀刃磨损产生崩边，同时也避免了因使用裂片机的机械压力带来的斜裂、崩边等外观异常，而且本发明从芯片背面全切割，有效增大发光面积，提高亮度。
本发明工艺简单，参数设置合理，不仅能改善切割外观，提高芯片良率，同时又增大了LED发光面积，提高亮度，具有较好的实用性和工业推广性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明LED芯片P面半切后的俯视图；
图2为本发明LED芯片切割够的侧视图。
图中：1-电极面(P面)、2-外延层、3-P面半切刀痕、4-衬底、5-衬底面(N面)、6-激光划痕、7-N面全切刀痕。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
实施例1以研磨后厚度为170um的砷化镓基衬底LED芯片为例，进行切割；
首先准备芯片，取研磨后的芯片，备用；再进行芯片P面半切，取准备的芯片，P面朝上放入锯片机，锯片机自动校准水平，分别沿水平解理边和垂直解理边进行半切，直至将P面电极等距离分割；半切深度为芯片厚度的22％；锯片机的切割速度为40mm/s，锯片刀的刀刃伸出量为400μm；
接着进行芯片N面激光划片，取锯片机切割后的芯片，P面朝向蓝膜，N面朝上，贴在蓝膜上，蓝膜型号为spv-224S，所述蓝膜的尺寸为220mm×100m；再将贴完膜的芯片放入紫外激光划片机，根据P面半切刀痕调整水平，N面划片切割，形成的激光划痕的深度为芯片厚度的10％；激光器功率为1.4W，功率输出百分比为60％，划片速度120mm/s；
再进行芯片N面全切，取激光划片后的芯片，放入锯片机中，N面上沿着激光划痕切割，切割深度与P面的半切深度重合；锯片机的锯片刀高为芯片和蓝膜厚度的80％，切割速度为50mm/s。
最后将芯片放在扩膜机上，预热10s，预热温度为70℃，扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；结束操作。
实施例2：
实施例2以研磨后厚度为170um的硅基衬底LED芯片为例，进行切割；
首先准备芯片，取研磨后的芯片，备用；再进行芯片P面半切，取准备的芯片，P面朝上放入锯片机，锯片机自动校准水平，分别沿水平解理边和垂直解理边进行半切，直至将P面电极等距离分割；半切深度为芯片厚度的24％；锯片机的切割速度为55mm/s，锯片刀的刀刃伸出量为475μm；
接着进行芯片N面激光划片，取锯片机切割后的芯片，P面朝向蓝膜，N面朝上，贴在蓝膜上，蓝膜型号为spv-224S，所述蓝膜的尺寸为220mm×100m；再将贴完膜的芯片放入紫外激光划片机，根据P面半切刀痕调整水平，N面划片切割，形成的激光划痕的深度为芯片厚度的13％；激光器功率为1.6W，功率输出百分比为75％，划片速度135mm/s；
再进行芯片N面全切，取激光划片后的芯片，放入锯片机中，N面上沿着激光划痕切割，切割深度与P面的半切深度重合；锯片机的锯片刀高为芯片和蓝膜厚度的83％，切割速度为60mm/s。
最后将芯片放在扩膜机上，预热10s，预热温度为73℃，扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；结束操作。
实施例3：
实施例3以研磨后厚度为170um的硅基衬底LED芯片为例，进行切割；
首先准备芯片，取研磨后的芯片，备用；再进行芯片P面半切，取准备的芯片，P面朝上放入锯片机，锯片机自动校准水平，分别沿水平解理边和垂直解理边进行半切，直至将P面电极等距离分割；半切深度为芯片厚度的25％；锯片机的切割速度为70mm/s，锯片刀的刀刃伸出量为550μm；
接着进行芯片N面激光划片，取锯片机切割后的芯片，P面朝向蓝膜，N面朝上，贴在蓝膜上，蓝膜型号为spv-224S，所述蓝膜的尺寸为220mm×100m；再将贴完膜的芯片放入紫外激光划片机，根据P面半切刀痕调整水平，N面划片切割，形成的激光划痕的深度为芯片厚度的15％；激光器功率为1.7W，功率输出百分比为98％，划片速度150mm/s；
再进行芯片N面全切，取激光划片后的芯片，放入锯片机中，N面上沿着激光划痕切割，切割深度与P面的半切深度重合；锯片机的锯片刀高为芯片和蓝膜厚度的85％，切割速度为70mm/s。
最后将芯片放在扩膜机上，预热10s，预热温度为75℃，扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；结束操作。
对比例1：
对比例1以研磨后厚度为170um的硅基衬底LED芯片为例，进行切割；
首先准备芯片，取研磨后的芯片，备用；再进行芯片P面半切，取准备的芯片，P面朝上放入锯片机，锯片机自动校准水平，分别沿水平解理边和垂直解理边进行半切，直至将P面电极等距离分割；半切深度为芯片厚度的24％；锯片机的切割速度为55mm/s，锯片刀的刀刃伸出量为475μm；
接着进行芯片N面激光划片，取锯片机切割后的芯片，P面朝向蓝膜，N面朝上，贴在蓝膜上，蓝膜型号为spv-224S，所述蓝膜的尺寸为220mm×100m；再将贴完膜的芯片放入紫外激光划片机，根据P面半切刀痕调整水平，N面划片切割，形成的激光划痕的深度为芯片厚度的5％；激光器功率为1.6W，功率输出百分比为75％，划片速度135mm/s；
再进行芯片N面全切，取激光划片后的芯片，放入锯片机中，N面上沿着激光划痕切割，切割深度与P面的半切深度重合；锯片机的锯片刀高为芯片和蓝膜厚度的83％，切割速度为60mm/s。
最后将芯片放在扩膜机上，预热10s，预热温度为73℃，扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；结束操作。
对比例2：
对比例2以研磨后厚度为170um的硅基衬底LED芯片为例，进行切割；
首先准备芯片，取研磨后的芯片，备用；再进行芯片P面半切，取准备的芯片，P面朝上放入锯片机，锯片机自动校准水平，分别沿水平解理边和垂直解理边进行半切，直至将P面电极等距离分割；半切深度为芯片厚度的24％；锯片机的切割速度为55mm/s，锯片刀的刀刃伸出量为475μm；
接着进行芯片N面激光划片，取锯片机切割后的芯片，P面朝向蓝膜，N面朝上，贴在蓝膜上，蓝膜型号为spv-224S，所述蓝膜的尺寸为220mm×100m；再将贴完膜的芯片放入紫外激光划片机，根据P面半切刀痕调整水平，N面划片切割，形成的激光划痕的深度为芯片厚度的20％；激光器功率为1.6W，功率输出百分比为75％，划片速度135mm/s；
再进行芯片N面全切，取激光划片后的芯片，放入锯片机中，N面上沿着激光划痕切割，切割深度与P面的半切深度重合；锯片机的锯片刀高为芯片和蓝膜厚度的83％，切割速度为60mm/s。
最后将芯片放在扩膜机上，预热10s，预热温度为73℃，扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；结束操作。
实施例对比：实施例1-3中为本发明的技术方案，检测实施例1-3的成品后发现，实施例1-3切割后的得到的晶粒的边缘光洁，未产生斜裂、崩边等外观异常；
对比例1与实施例2形成对比试验，其中区别参数为激光划痕的切割深度，实施例4中切割深度较浅，仅为芯片厚度的5％，在切割过程中出现崩刀现象；
对比例2与实施例2形成对比试验，其中区别参数为激光划痕的切割深度，实施例5中切割深度较深，为芯片厚度的20％，在切割过程中出现裂片现象。
结论：本发明首先利用锯片机进行芯片P面半切，有效释放芯片P面的应力；再将芯片贴蓝膜，保证芯片在切割过程中不会发生飞片、崩边现象，同时对芯片起到固定作用，避免芯片在N面激光切割时发生位置的移动；接着在芯片N面进行激光切割，紫外激光背面划片做标记同时利用激光高温汽化去除背面金属，切割深度为10-15％，极大程度的保留了芯片的原材料区域，避免出现裂片、崩刀等现象；最后利用锯片机进行N面全切，使芯片分割成为一个个个独立的晶粒。
本发明工艺简单，参数设置合理，相比现有工艺从P面直接切透或最终使用裂片机劈裂，既消除了锯片刀直接切割金属造成刀刃磨损产生崩边和使用裂片机的机械压力带来的斜裂、崩边等外观异常，同时从背面全切割能增大发光面积；具有较好的实用性和工业推广性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种LED芯片的切割方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)准备芯片；
2)芯片P面半切；
3)芯片N面激光划片；
4)芯片N面全切；
5)扩膜机扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；
6)结束操作。
2.根据权利要求1所述的一种LED芯片的切割方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)准备芯片：取研磨后的芯片，备用；
2)芯片P面半切：取步骤1)准备的芯片，放入锯片机，锯片机自动校准水平，分别沿水平解理边和垂直解理边进行半切，直至将P面电极等距离分割；
3)芯片N面激光划片：取步骤2)切割后的芯片，贴蓝膜；再将贴完膜的芯片放入紫外激光划片机，根据P面半切刀痕调整水平，划片切割；
4)芯片N面全切：取步骤3)激光划片后的芯片，放入锯片机中，N面上沿着激光划痕切割，切割深度与P面的半切深度重合；
5)再将芯片放在扩膜机上，预热，扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；
6)结束操作。
3.根据权利要求2所述的一种LED芯片的切割方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)准备芯片：取研磨后的芯片，备用；
2)芯片P面半切：取步骤1)准备的芯片，P面朝上放入锯片机，锯片机自动校准水平，分别沿水平解理边和垂直解理边进行半切，直至将P面电极等距离分割；半切深度为芯片厚度的22％-25％；
3)芯片N面激光划片：取步骤2)切割后的芯片，P面朝向蓝膜，N面朝上，贴在蓝膜上；再将贴完膜的芯片放入紫外激光划片机，根据P面半切刀痕调整水平，N面划片切割，形成的激光划痕的深度为芯片厚度的10％-15％；
4)芯片N面全切：取步骤3)激光划片后的芯片，放入锯片机中，N面上沿着激光划痕切割，切割深度与P面的半切深度重合；
5)再将芯片放在扩膜机上，预热10s，扩膜，使其分割成为一个个独立的晶粒；
6)结束操作。
4.根据权利要求3所述的一种LED芯片的切割方法，其特征在于：所述步骤2)中，锯片机的切割速度为40-70mm/s，锯片刀的刀刃伸出量为400-550μm。
5.根据权利要求3所述的一种LED芯片的切割方法，其特征在于：所述步骤3)中，激光器功率为1.4-1.7W，功率输出百分比为60-98％，划片速度120-150mm/s。
6.根据权利要求3所述的一种LED芯片的切割方法，其特征在于：所述步骤4)中，锯片机的锯片刀高为芯片和蓝膜厚度的80％-85％，切割速度为50-70mm/s。
7.根据权利要求3所述的一种LED芯片的切割方法，其特征在于：所述步骤5)中，预热温度为70-75℃。
8.根据权利要求3所述的一种LED芯片的切割方法，其特征在于：所述芯片的衬底为砷化镓基、硅基中的一种。
9.根据权利要求3所述的一种LED芯片的切割方法，其特征在于：所述蓝膜型号为spv-224S，所述蓝膜的尺寸为220mm×100m。
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