CN112234029A - 一种mini LED芯片的切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种mini LED芯片的切割方法，包括：一、提供LED晶圆，所述LED晶圆包括衬底、设置在衬底上的发光结构、以及设于发光结构之间的切割道，所述切割道包括横向切割道和纵向切割道；二、将LED晶圆分成n个切割区域，n≥4，每个切割区域相互平行；三、采用激光来扫描每个切割区域的纵向切割道和横向切割道，对衬底进行预切割；四、沿着切割道对LED晶圆进行裂片，形成单颗mini LED芯片；其中，步骤(三)中的预切割包括位置修正，设定扫描起始点为a，修正位置点为b，a到b的距离为c，其中，c＝(D/4)～(D/2)，D为衬底的直径。本发明的切割方法，切割效率高，精度高，良率高。

Description

一种mini LED芯片的切割方法
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种mini LED芯片的切割方法。
背景技术
LED晶圆需要切割裂片后才能形成单颗LED芯片，传统的LED晶圆的切割方法包括传统的金刚石刀轮切割法和晶体表面烧腐法，其中，由于蓝宝石衬底的莫氏硬度为H9，因此金刚石刀轮切割法不适合切割蓝宝石衬底；另外晶体表面烧腐法由于烧腐区域较大，同时影响产品亮度，目前基本被淘汰。目前常用的切割方法是采用激光扫描晶体，在晶体内部形成改质层，这种方法极大解决了烧腐切割方式的缺点，大大提高了同面积下单晶体的产出数量。
其中，LED芯片单颗晶体尺寸越大，切割方式越简单，切割难度也较小，随着LED芯片单颗晶体尺寸向小尺寸趋势发展，现有切割方法难以满足mini LED芯片的要求，容易切割到芯片的mesa区域，且切割时芯片的有效保留区域不能在预设的范围内。因此，现有的晶体内部形成改质层的切割方法需寻找新的突破口，才能得到较佳的切割良率，及保证产品的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种mini LED芯片的切割方法，切割效率高，精度高，良率高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种mini LED芯片的切割方法，包括：
一、提供LED晶圆，所述LED晶圆包括衬底、设置在衬底上的发光结构、以及设于发光结构之间的切割道，所述切割道包括横向切割道和纵向切割道；
二、将LED晶圆分成n个切割区域，n≥4，每个切割区域相互平行，其中，横向切割道或纵向切割道被分成n段；
三、采用激光来扫描每个切割区域的纵向切割道和横向切割道，对衬底进行预切割；
四、沿着切割道对LED晶圆进行裂片，形成单颗mini LED芯片；其中，
步骤(三)中的预切割包括位置修正，设定扫描起始点为a，修正位置点为b，a到b的距离为c，c＝(D/4)～(D/2)，D为衬底的直径。
作为上述方案的改进，所述横向切割道和纵向切割道均设有中位线，中位线到发光结构的垂直距离为有效保留宽度，切割道一侧的发光结构的有效保留宽度为h1，切割道另一侧的发光结构的有效保留宽度为h2，所述横向切割道和纵向切割道的宽度均为H，其中，H＝h1+h2，h1＝((1/4)～(1/2))*H。
作为上述方案的改进，h1＝h2。
作为上述方案的改进，步骤(三)中，所述预切割还包括：采用拍摄设备来采集切割道的位置信息，并将采集到的位置信息传输给激光扫描设备，所述激光扫描设备将采集到的位置信息与预设的位置修正点进行对比，当激光扫描到位置修正点的位置时，移动LED晶圆，使激光与切割道的中位线重叠。
作为上述方案的改进，步骤(三)中，预切割完成后，对LED晶圆进行检查，采集切割道位置的异常信息，并根据异常信息增加位置修正点。
作为上述方案的改进，步骤(三)中预切割形成的切割深度为k，所述衬底的厚度为K，k＝(0.3～0.4)*K。
作为上述方案的改进，k＝(0.32～0.36)*K。
作为上述方案的改进，步骤(二)中，将LED晶圆分成四个切割区域，每个切割区域的面积相等，其中，纵向切割道被分成四段，每段切割道的长度为总的纵向切割道的长度的四分之一。
作为上述方案的改进，步骤(三)中，采用激光先扫描切割区域内的纵向切割道，当纵向切割道扫描完后，再用激光扫描横向切割道。
作为上述方案的改进，步骤(一)中，所述衬底为蓝宝石衬底，所述发光结构包括外延层和电极，所述外延层的材料为氮化镓材料。
实施本发明，具有如下有益效果：
首先，本发明将LED晶圆分成n个切割区域，以减少单次激光扫描的长度，从而提高切割精度和良率。
此外，采用激光扫描切割道在衬底上形成改质层会产生切割蜿蜒，本发明在每个切割区域内进行精确位置修正，以及在相邻两个切割区域处进行位置修正，可以保证修正后的切割位置在预设范围内，即发光结构的有效保留宽度在((1/4)～(1/2))*H范围内，从而提高预切割的效率和良率，进而提高LED芯片的切割良率。
进一步地，本发明通过控制预切割的深度，进一步提高预切割的效率和良率。
更进一步地，本发明通过拍摄设备来采集切割道的位置信息，并将采集到的位置信息传输给激光扫描设备，通过高倍率CCD的高解析能力，视觉范围大的特点，以及高倍率CCD水平调整功能，及时调整切割蜿蜒产生的水平度错位问题，进一步提高切割的精度和良率。
最后，预切割完成后，本发明对LED晶圆进行检查，采集切割道位置的异常信息，并根据异常信息调整位置修正点，确保交替切割区域以外产生形变的位置同样得到精准的修正，以确保发光结构的有效保留宽度在((1/4)～(1/2))*H范围内。
附图说明
图1是本发明LED晶圆的结构示意图；
图2是图1中A处的放大图；
图3是本发明LED晶圆的切割示意图。
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。
本发明提供的一种mini LED芯片的切割方法，包括：
一、提供LED晶圆，参见图1，所述LED晶圆包括衬底10、设置在衬底10上的发光结构20、以及设于发光结构20之间的切割道30，所述切割道30包括横向切割道31和纵向切割道32。
需要说明的是，本发明的切割方法主要用于切割mini LED，由于mini LED芯片的尺寸小，切割道的宽度也随之减小，其中，切割道的宽度为15～20μm，因此切割难度增加。本发明的切割方法也可以用于切割其他尺寸的芯片。
所述切割道设有中位线，其中，中位线到发光结构的垂直距离为有效保留宽度。若有效保留宽度过小，则容易切割到发光结构，对发光结构造成损失，影响芯片的光电性能和良率，且容易导致切割两侧发光结构的有效保留宽度不一致，影响切割后mini LED的一致性，即，从外观上看，有的mini LED芯片的有效保留宽度大，有的mini LED芯片的有效保留宽度小。
具体的，参见图2，切割道的宽度为H，切割道一侧的发光结构的有效保留宽度为h1，切割道另一侧的发光结构的有效保留宽度为h2，其中，H＝h1+h2，h1＝((1/4)～(1/2))*H。
优选的，h1＝h2，即中位线与两侧发光结构的垂直距离相等。
本发明的衬底为蓝宝石衬底，所述发光结构包括外延层和电极，所述外延层的材料为氮化镓材料。
二、将LED晶圆分成n个切割区域，n≥4，每个切割区域相互平行；
其中，晶圆的面积越大，衬底越厚，则需要形成的切割区域越多。现有的2寸蓝宝石衬底，厚度为440μm，4寸蓝宝石衬底，厚度为660μm，尺寸越大的衬底，在外延形成阶段，由于高温的原因，越容易发生翘曲，在晶圆切割阶段，会增加切割难度。
优选的，将LED晶圆分成四个切割区域，每个切割区域的面积相等。即，纵向切割道被分成四段，每段切割道的长度为总的纵向切割道的长度的四分之一。
本发明将LED晶圆分成多个切割区域来进行激光扫描，可以减少单次激光扫描的长度，从而提高切割良率。
三、采用激光来扫描每个切割区域的纵向切割道和横向切割道，对衬底进行预切割；
其中，切割形成的切割深度为k，切割深度的大小，对切割良率起着重要的作用，若切割深度太小，起不到预切割的作用，影响后续的裂片工序；若切割深度太大，切割损伤的痕迹会越接近GaN层，从而影响产品的可靠性。
优选的，所述衬底的厚度为K，k＝(0.3～0.4)*K，即所述切割深度占衬底厚度的30％～40％。
更优的，k＝(0.32～0.36)*K。
需要说明的是，蓝宝石衬底的莫氏硬度为H9，若采用金刚石刀轮来进行切割，金刚石刀轮消耗快、价格贵，则生产成本高；若采用晶体表面烧腐的切割方式来切割衬底，则烧腐切割区域大，容易破坏发光结构，影响芯片光电性能。
本发明在裂片前对衬底进行预切割，有效提高裂片的效率和良率。由于现有的裂片方式是采用机械的方式来进行裂片，无法直接进行，需要进行预切割形成裂缝。
具体的，从上往下、从左到右依次扫描每个切割区域切割道的中位线，在衬底内形成改质层。
由于本发明的发光结构尺寸小，激光来回扫描次数多，即对衬底的有效“预破坏”次数多，最终衬底形成改质层的切割蜿蜒也越大，蜿蜒越大最终导致位移现象，会使得激光来回扫描时切不到有效切割区域，而扫描到发光结构上，导致发光结构失效，进一步影响切割良率。
优选的，参见图3，从第一个切割区域开始，采用激光，从左到右依次扫描纵向切割道，当纵向切割道扫描完后，再采用激光然后从上往下依次扫描横向切割道。由于纵向切割道已经被分成四段，因此单次的扫描长度在控制范围内，而完整纵向切割道扫描后，横向切割道已被纵向切割道分成多段，因此单次的扫描长度也在控制范围内。
激光扫描距离越长，就越容易发生蜿蜒位移，因此当激光扫描了一定的长度时，就需要位置修正，以防止激光扫描到发光结构上。
进一步地，本发明还需要对激光扫描进行位置修正，其中，修正位置需要根据分区来设定，即分区的位置需要设置修正，因为修正位置会先进行切割，相邻的位置后面才切割，修正位置到切割相邻位置之间会有轻微位移，需要设定修正。
具体的，设定扫描起始点为a，修正位置点为b，a到b的距离为c，其中，c＝(D/4)～(D/2)，D为衬底的直径，即，单次激光扫描的长度达到c时，就要进行一次修正。
例如：设定修正位置点为10，那么修正方式为：激光扫描到第10的位置时进行一次修正，激光扫描到第20的位置时进行二次修正，以此类推，直到晶圆切割完成。
其中，本发明通过移动LED晶圆的方式来进行位置修正。
由于LED晶圆上的发光结构尺寸小，因此激光扫描次数多，产生的切割蜿蜒会改变切割位置整体的水平度，本发明除了分区切割和修正位置来提高切割良率外，还采用拍摄设备来采集切割道的位置信息，并将采集到的位置信息传输给激光扫描设备，所述激光扫描设备将采集到的位置信息与预设的位置修正点进行对比，当激光扫描到位置修正点的位置时，移动LED晶圆，使激光与切割道的中位线重叠。
优选的，本发明采用高倍率的CCD来获取切割道的位置。本发明可通过高倍率CCD的高解析能力，视觉范围大的特点，以及高倍率CCD水平调整功能，及时调整切割蜿蜒产生的水平度错位问题，进一步提高切割的精度和良率。
进一步地，预切割完成后，对LED晶圆进行检查，采集切割道位置的异常信息，并根据异常信息增加位置修正点，确保交替切割区域以外产生形变的位置同样得到精准的修正，以确保发光结构的有效保留宽度在((1/4)～(1/2))*H范围内。
具体的，本发明采用自动光学检测(AOI，Automatic Optical Inspection)设备来检查LED晶圆。
四、沿着切割道对LED晶圆进行裂片，形成单颗mini LED芯片。
首先，本发明将LED晶圆分成n个切割区域，以减少单次激光扫描的长度，从而提高切割精度和良率。
此外，采用激光扫描切割道在衬底上形成改质层会产生切割蜿蜒，本发明在每个切割区域内进行精确位置修正，以及在相邻两个切割区域处进行位置修正，可以保证修正后的切割位置在预设范围内，即发光结构的有效保留宽度在((1/4)～(1/2))*H范围内，从而提高预切割的效率和良率，进而提高LED芯片的切割良率。
进一步地，本发明通过控制预切割的深度，进一步提高预切割的效率和良率。
更进一步地，本发明通过拍摄设备来采集切割道的位置信息，并将采集到的位置信息传输给激光扫描设备，通过高倍率CCD的高解析能力，视觉范围大的特点，以及高倍率CCD水平调整功能，及时调整切割蜿蜒产生的水平度错位问题，进一步提高切割的精度和良率。
最后，预切割完成后，本发明对LED晶圆进行检查，采集切割道位置的异常信息，并根据异常信息调整位置修正点，确保交替切割区域以外产生形变的位置同样得到精准的修正，以确保发光结构的有效保留宽度在((1/4)～(1/2))*H范围内。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种mini LED芯片的切割方法，其特征在于，包括：
一、提供LED晶圆，所述LED晶圆包括衬底、设置在衬底上的发光结构、以及设于发光结构之间的切割道，所述切割道包括横向切割道和纵向切割道；
二、将LED晶圆分成n个切割区域，n≥4，每个切割区域相互平行，其中，横向切割道或纵向切割道被分成n段；
三、采用激光来扫描每个切割区域的纵向切割道和横向切割道，对衬底进行预切割；
四、沿着切割道对LED晶圆进行裂片，形成单颗mini LED芯片；其中，
步骤(三)中的预切割包括位置修正，设定扫描起始点为a，修正位置点为b，a到b的距离为c，c＝(D/4)～(D/2)，D为衬底的直径。
2.如权利要求1所述的mini LED芯片的切割方法，其特征在于，所述横向切割道和纵向切割道均设有中位线，中位线到发光结构的垂直距离为有效保留宽度，切割道一侧的发光结构的有效保留宽度为h1，切割道另一侧的发光结构的有效保留宽度为h2，所述横向切割道和纵向切割道的宽度均为H，其中，H＝h1+h2，h1＝((1/4)～(1/2))*H。
3.如权利要求2所述的mini LED芯片的切割方法，其特征在于，h1＝h2。
4.如权利要求2所述的mini LED芯片的切割方法，其特征在于，步骤(三)中，所述预切割还包括：采用拍摄设备来采集切割道的位置信息，并将采集到的位置信息传输给激光扫描设备，所述激光扫描设备将采集到的位置信息与预设的位置修正点进行对比，当激光扫描到位置修正点的位置时，移动LED晶圆，使激光与切割道的中位线重叠。
5.如权利要求1所述的mini LED芯片的切割方法，其特征在于，步骤(三)中，预切割完成后，对LED晶圆进行检查，采集切割道位置的异常信息，并根据异常信息增加位置修正点。
6.如权利要求1所述的mini LED芯片的切割方法，其特征在于，步骤(三)中预切割形成的切割深度为k，所述衬底的厚度为K，k＝(0.3～0.4)*K。
7.如权利要求6所述的mini LED芯片的切割方法，其特征在于，k＝(0.32～0.36)*K。
8.如权利要求1所述的mini LED芯片的切割方法，其特征在于，步骤(二)中，将LED晶圆分成四个切割区域，每个切割区域的面积相等，其中，纵向切割道被分成四段，每段切割道的长度为总的纵向切割道的长度的四分之一。
9.如权利要求8所述的mini LED芯片的切割方法，其特征在于，步骤(三)中，采用激光先扫描切割区域内的纵向切割道，当纵向切割道扫描完后，再用激光扫描横向切割道。
10.如权利要求1所述的mini LED芯片的切割方法，其特征在于，步骤(一)中，所述衬底为蓝宝石衬底，所述发光结构包括外延层和电极，所述外延层的材料为氮化镓材料。
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