CN112242458B - 一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，包括如下步骤：包括如下步骤：(1)将AlGaInP LED的外延层与硅衬底进行键合；(2)在LED芯片的正面划出切割道；(3)在LED芯片的背面覆盖导电膜；(4)从LED芯片的背面进行裂片；(5)对LED芯片进行高压纯水清洗、吹干；(6)在LED芯片的背面重新覆盖导电膜；(7)使用压膜机对LED芯片的进行压膜；(8)去除覆盖在LED芯片背面的导电膜，再进行扩膜、翻膜处理。通过对硅衬底进行处理，在LED芯片的背面覆盖导电膜，能够有效的改善LED芯片切割质量，改善崩角、外延层脱落的情况，将产品切割后的异常率降低至0.16％。

Description

一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法
技术领域
本发明涉及一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，属于发光二极管切割技术领域。
背景技术
AlGaInP发光二极管是目前包含砷化镓衬底、N型层、多量子阱(MQW)层、P型层、GaP层等结构在内的LED芯片，其优点主要有节能环保、稳定性好、寿命长等优点，在户外显示、交通信号、背光源、景观、亮化等领域具有广泛应用，随着亮度的不断提升，其应用领域不断扩大。由于常规结构的AlGaInP发光二极管电流扩展还不能做到最好，导致外量子效率较低，影响亮度的提升，且很难在结构改进上显著提高发光亮度。一般通过改变电极大小、形貌、分布或在结构上增加分布式布拉格反射镜(DBR)来提高亮度，但提升比例有限，难以满足市场化使用需求。
反极性AlGaInP LED通过换衬底工艺将外延结构转移至硅衬底上，将通过增加DBR显著提升了芯片的发光亮度，但是外延层与硅衬底的结合牢固性一直是未彻底解决的难题，主要表现在芯片切割后边角出现衬底轻微碎裂并伴随较大面积的外延层脱落现象；产生以上现象的原因有两个方面，一方面在于外延层与硅衬底之间的结合不牢，另一方面原因是切割过程中切割道边缘微小区域出现崩裂，在后续作业过程中芯片边缘之间发生相互摩擦、挤压导致边缘碎裂脱落而引起外延层的进一步脱落，综合两方面原因导致切割不良率难以控制，特别小尺寸芯片尤为突出。
由于反极性LED使用硅衬底主要通过紫外激光划片设备先在芯片边缘(切割道)划出沟道，再通过裂片设备将芯片裂开分离成单个芯片，使用紫外激光划片，经过激光烧蚀后的切割道会存在或多或少的回熔情况，导致裂片后芯片边缘存在轻微崩裂，虽然最新型的划片设备通过增加激光分光技术实现多次划片以改善回熔情况、提高切割质量，设备本身成本较高，不利于产品效益的实现；该技术下切割道深度的调整范围较小，不易实现精确控制，同时切割道宽度相对较宽，在一定程度上影响芯片面积和亮度。因此，整体来看，反极性LED的切割质量对于绝大多数芯片制造商来说依然是需要解决的难题。目前，暂无有关改善反极性发光二极管切割质量的报道。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法。通过对硅衬底的正面进行粗糙处理增加外延层与硅衬底的结合牢固度，同时在裂片前通过在LED芯片的背面覆盖导电膜防止裂片过程中劈刀直接接触芯片对芯片边缘产生损伤，降低芯片边缘衬底碎裂和外延层脱落，提高切割良率。
术语解释：
导电膜：具有导电特性的薄膜，通过在透明有机薄膜材料表面沉积导电层制得，具有电导率小、平整度高、不损伤芯片的特点。
本发明的技术方案为：
一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，包括如下步骤：
(1)将AlGaInP LED的外延层与硅衬底进行键合，再腐蚀砷化镓衬底，并在所述AlGaInP LED的外延层上制作电极；
(2)在LED芯片的正面划出切割道；
(3)在LED芯片的背面覆盖导电膜；此设计的好处在于，防止裂片过程中劈刀直接接触芯片对芯片边缘产生损伤，避免裂片过程中对芯片表面产生污染，同时防止芯片裂不开产生双胞。
(4)从LED芯片的背面进行裂片，再将导电膜从LED芯片的背面取下；
(5)对LED芯片进行高压纯水清洗、吹干；此设计的好处在于，去除芯片边缘颗粒物，防止后续压膜过程中对芯片边缘造成损伤。
(6)在LED芯片的背面重新覆盖导电膜；防止后续压膜过程中对芯片产生损伤，起到保护LED芯片的作用。
(7)使用压膜机对LED芯片的正面进行压膜；此设计的好处在于，压膜的目的在于增加LED芯片与蓝膜的接触面积，防止后续扩膜时LED芯片产生歪斜；使用压膜机避免了人工压膜方式下对切割后的芯片之间造成边缘摩擦、挤压。
(8)去除步骤(6)中覆盖在LED芯片背面的导电膜，再进行扩膜、翻膜处理。
根据本发明优选的，步骤(3)中，所述导电膜的厚度为50～100μm，所述导电膜的平整度为(-3)～(+3)μm。此设计的好处在于，避免导电膜厚度差异大影响裂片的效果。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述硅衬底在使用前，将所述硅衬底放入到酸性溶液中浸泡处理。此设计的好处在于，去除硅衬底的正面氧化膜、污染物，用以改善外延层与硅衬底之间的结合不牢的问题。
根据本发明优选的，所述酸性溶液包括氟化铵、醋酸和水，所述氟化铵、醋酸、水的质量百分比为(5～15)wt.％：(60～75)wt.％：(10～35)wt.％。
根据本发明优选的，所述硅衬底在酸性溶液中浸泡处理后，再将所述硅衬底放入到碱性溶液中浸泡处理。此设计的好处在于，对硅衬底正面进行粗糙处理，增加硅衬底与外延层的结合牢固度。
根据本发明优选的，所述碱性溶液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液，所述氢氧化钾或者氢氧化钠溶液的质量浓度为1～7wt.％。
根据本发明优选的，步骤(7)中，所述LED芯片的正面与压膜机之间、所述LED芯片的背面与压膜机之间均放置有隔离纸。此设计的好处在于，便于芯片取放，防止芯片取放过程中芯片之间发生挤压而损伤边缘，最大限度的降低芯片边缘衬底碎裂和外延层脱落，提高切割良率。
根据本发明优选的，所述隔离纸的厚度为80～120μm，所述隔离纸的平整度为(-3)～(+3)μm。此设计的好处在于，避免隔离纸的厚度差异大会影响压膜的效果。
根据本发明优选的，步骤(7)中，压膜机的温度为15-30℃，压膜机的压膜压力为0.1-0.5MPa，压膜的时间为10-30秒。此设计的好处在于，压膜时采用室温避免了由于温度高、蓝膜粘性大对芯片表面的粘附，防止外延层脱落。
根据本发明优选的，步骤(5)中，将LED芯片放入高压纯水清洗机中进行高压纯水清洗，所述高压纯水清洗机的高压水流量为0.5～2.0升/分钟，所述高压纯水清洗机的平台转速2000～5000转/分钟。
本发明的有益效果为：
1.在LED芯片裂片前，通过在LED芯片的背面覆盖导电膜，防止裂片过程中劈刀直接接触芯片对芯片边缘产生损伤。
2.通过对硅衬底表面进行处理，能够增加外延层与硅衬底的结合牢固度，从根本上防止外延层脱落。
3.在压膜过程中，采用室温压膜避免了由于温度高、蓝膜粘性大对芯片LED的粘附，防止外延层脱落；放置隔离纸的目的在于便于芯片取放，防止芯片取放过程中芯片之间发生挤压而损伤边缘，最大限度的降低芯片边缘衬底碎裂和外延层脱落，提高切割良率。
4.通过裂片后进行高压水清洗去除芯片边缘颗粒物，防止后续压膜过程中对芯片边缘造成损伤，通过划片、裂片后和扩膜前对芯片进行无损压膜，避免了人工压膜方式下对切割后的芯片之间造成边缘摩擦、挤压。
附图说明
图1为本发明提供的LED芯片键合示意图.
图2为本发明提供的切割方法处理后的LED芯片外观。
图3为常规切割方法处理后的LED芯片外观。
1、硅衬底，2、粘附层，3、外延层，4、砷化镓衬底，5、正常LED芯片，6、边缘崩裂、外延层脱落LED芯片。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，包括如下步骤：
(1)配置酸性溶液：酸性溶液包括氟化铵、醋酸和水，氟化铵、醋酸、水的质量百分比为(5～15)wt.％：(60～75)wt.％：(10～35)wt.％。将配置好得酸性溶液在常温搅拌8-12分钟，硅衬底在使用前，将硅衬底放入到酸性溶液中浸泡处理。此设计的好处在于，去除硅衬底表面氧化膜、污染物，用以改善外延层与硅衬底之间的结合不牢的问题。
(2)对步骤(1)处理后的硅衬底进行冲洗，再将硅衬底放入到碱性溶液中浸泡处理。碱性溶液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液，氢氧化钾或者氢氧化钠溶液的质量浓度为1～7wt.％。此设计的好处在于，对硅衬底表面进行粗糙处理，增加硅衬底与外延层的结合牢固度。
(3)对步骤(2)处理后硅衬底进行冲洗、烘干，如图1所示，AlGaInP LED中砷化镓衬底4上依次生长有外延层3和粘附层2，AlGaInP LED的外延层3通过粘附层2与硅衬底1进行键合，再腐蚀掉砷化镓衬底4，并在外延层3上制作电极；
(4)LED芯片制作电极的面为LED芯片的正面，LED芯片的硅衬面为LED芯片的背面。将LED芯片的正面朝上贴在蓝膜上，使用激光划片设备在LED芯片的正面划出切割道。
(5)进行倒膜，将LED芯片的正面朝下贴在蓝膜上，在LED芯片的背面覆盖导电膜；此设计的好处在于，防止裂片过程中劈刀直接接触芯片对芯片边缘产生损伤，避免裂片过程中对芯片表面产生污染，同时防止芯片裂不开产生双胞。导电膜的大小完全覆盖晶片即可，然后使用无尘布轻轻压实，确保无气泡。
导电膜的厚度为50～100μm，导电膜的平整度(-3)～(+3)μm。此设计的好处在于，避免导电膜厚度差异大影响裂片的效果。
(6)使用裂片设备从LED芯片的背面进行裂片，再将导电膜从LED芯片的背面取下。
(7)对LED芯片进行高压纯水清洗、吹干；将LED芯片放入高压纯水清洗机中进行高压纯水清洗，高压纯水清洗机的高压水流量为0.5～2.0升/分钟，高压纯水清洗机的平台转速2000～5000转/分钟。此设计的好处在于，去除芯片边缘颗粒物，防止后续压膜过程中对芯片边缘造成损伤。
(8)在步骤(7)处理后的LED芯片的背面重新覆盖导电膜；防止后续压膜过程中对芯片产生损伤，起到保护LED芯片的作用。
(9)使用压膜机对LED芯片的正面进行压膜；LED芯片的正面覆盖有蓝膜，LED芯片的背面覆盖有导电膜；将覆盖有蓝膜和导电膜的LED芯片放在压膜机上压膜，此设计的好处在于，压膜的目的在于增加芯片与蓝膜的接触面积，防止后续扩膜时芯片产生歪斜；使用压膜机避免了人工压膜方式下对切割后的芯片之间造成边缘摩擦、挤压。
LED芯片的正面与压膜机之间、LED芯片的背面与压膜机之间均放置有隔离纸。此设计的好处在于，便于芯片取放，防止芯片取放过程中芯片之间发生挤压而损伤边缘，最大限度的降低芯片边缘衬底碎裂和外延层脱落，提高切割良率。
隔离纸的厚度为80～120μm，隔离纸的平整度为(-3)～(+3)μm。此设计的好处在于，避免隔离纸的厚度差异大会影响压膜的效果。
压膜机的温度为15-30℃，压膜机的压膜压力为0.1-0.5MPa，压膜的时间为10-30秒。此设计的好处在于，压膜时采用室温避免了由于温度高、蓝膜粘性大对芯片表面的粘附，防止外延层脱落。
(10)压膜完毕后取下芯片，去除步骤(8)中覆盖在LED芯片背面的导电膜，再进行扩膜、翻膜处理；翻膜时蓝膜剥离方向与芯片排列方向一致，完成芯片切割。
本发明所提供的改善反极性AlGaInP发光二极管芯片切割质量的方法，如图2所示，切割后的LED芯片的具有较好的效果，可清晰看到正常LED芯片5的外观良好无崩角、外延层脱落的现象。
对比例1
在本对比例1中，常规作业方式如下：硅衬底进行正常盐酸、丙酮、乙醇清洗，切割过程中芯片的正面划片后进行倒膜，倒膜后直接进行裂片，裂片后挤压蓝膜检查是否完全裂开，然后直接进行扩膜，扩膜后进行翻膜，翻膜方向与芯片排列方向呈45°角，如图3所示，常规作业方式处理后的LED芯片，出现边缘崩裂、外延层脱落LED芯片6的现象。表1为实施例1和对比例1中LED芯片切割后的产品对比数据；
表1
类型 总粒数 崩角、外延层脱落粒数 异常率
对比例1 15000 486 3.24％
实施例1 15000 24 0.16％
由表1可知，本发明所提供的改善反极性AlGaInP发光二极管芯片切割质量的方法，具有较好的效果，能够有效的改善崩角、外延层脱落的情况，将产品切割后的异常率降低至0.16％。

Claims (9)

1.一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将AlGaInP LED的外延层与硅衬底进行键合，再腐蚀砷化镓衬底，并在所述AlGaInPLED的外延层上制作电极；
（2）在LED芯片的正面划出切割道；
（3）在LED芯片的背面覆盖导电膜；
（4）从LED芯片的背面进行裂片，再将导电膜从LED芯片的背面取下；
（5）对LED芯片进行高压纯水清洗、吹干；
（6）在LED芯片的背面重新覆盖导电膜；
（7）使用压膜机对LED芯片的正面进行压膜；
（8）去除步骤（6）中覆盖在LED芯片背面的导电膜，再进行扩膜、翻膜处理；
步骤（3）中，所述导电膜的厚度为50～100μm，所述导电膜的平整度为（-3）～（+3）μm。
2.根据权利要求1所述的一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述硅衬底在使用前，将所述硅衬底放入到酸性溶液中浸泡处理。
3.根据权利要求2所述的一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，其特征在于，所述酸性溶液包括氟化铵、醋酸和水，所述氟化铵、醋酸、水的质量百分比为（5～15）wt.%：（60～75）wt.%：（10～35）wt.%。
4.根据权利要求1所述的一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，其特征在于，所述硅衬底在酸性溶液中浸泡处理后，再将所述硅衬底放入到碱性溶液中浸泡处理。
5.根据权利要求4所述的一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，其特征在于，所述碱性溶液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液，所述氢氧化钾或者氢氧化钠溶液的质量浓度为1～7wt.%。
6.根据权利要求1所述的一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，其特征在于，步骤（7）中，所述LED芯片的正面与压膜机之间、所述LED芯片的背面与压膜机之间均放置有隔离纸。
7.根据权利要求6所述的一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，其特征在于，所述隔离纸的厚度为80～120μm，所述隔离纸的平整度为（-3）～（+3）μm。
8.根据权利要求1所述的一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，其特征在于，步骤（7）中，压膜机的温度为15-30℃，压膜机的压膜压力为0.1-0.5MPa，压膜的时间为10-30秒。
9.根据权利要求1所述的一种改善反极性AlGaInP LED芯片切割质量的方法，其特征在于，步骤（5）中，将LED芯片放入高压纯水清洗机中进行高压纯水清洗，所述高压纯水清洗机的高压水流量为0.5～2.0升/分钟，所述高压纯水清洗机的平台转速2000～5000转/分钟。
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Inventor after: Wu Xianglong

Inventor after: Yan Baohua

Inventor before: Xu Xiaoqiang

Inventor before: Wu Xianglong

Inventor before: Yan Baohua

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GR01 Patent grant
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