TWI433745B - 雷射加工方法及雷射加工設備 - Google Patents

Description

雷射加工方法及雷射加工設備

本發明係關於一種雷射加工方法及雷射加工設備，並且特別地，本發明關於一種雷射加工方法及雷射加工設備，透過向一目標對象照射一脈衝雷射用以加工該目標對象。

一發光二極體(Light Emitting Diode,LED)劃線製程為使用一脈衝雷射的一雷射加工製程之實例。發光二極體(LED)為一使用接受電流及發射光線之半導體的發光元件之一。近來，隨著一半導體技術之發展，可有效地生產高質量的發光二極體(LED)元件。舉例而言，廣泛地，一III-IV族氮化層透過一有機金屬化學氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)方法形成於一藍寶石基板上，用以產生高亮度之藍光發光二極體(LED)。

然而，在一藍寶石基板使用一傳統的雷射加工設備處理之情況下，可具有以下問題。

在使用一傳統雷射加工設備劃線或切割一藍寶石基板之情況下，此藍寶石基板可具有一不良之切割表面且亮度可降低，其已經成為今年來需要的高亮度發光二極體(LED)之一主要問題。透過一切割過程降低亮度之機理仍然沒有確切所知，但是認為一圍繞切割區形成的非晶區吸收光線，其產生亮度之降低。

進一步而言，在一藍寶石基板使用一傳統雷射加工設備處理之情況下，當切割此藍寶石基板之時，可產生細粉塵，其可對元件之性能具有不良影響。在使用傳統的雷射加工設備之過程中，可形成一相對較大面積之切割區，並且，因此，在具有高密度的一單晶片之上整合成倍數的功能裝置具有限制。

而且，舉例而言，由一氮化層形成的堆疊部份形成於一藍寶石基板之上，並且如果一雷射束通過此氮化層照射時，熱可產生於基板與氮化層之間或例如裂紋或剝離的缺陷可產生於其間。

因此，鑒於上述問題，本發明之目的在於提供一種雷射加工方法及雷射加工設備，其適合於劃線或切割其上形成有一堆疊部份的對象目標。

根據本發明之第一實施例，一種藍寶石基板之雷射加工方法包含以下步驟：準備一藍寶石基板，此藍寶石基板之上形成有複數個彼此分隔的堆疊部份，自一雷射光源照射一短脈衝雷射束，使得自雷射光源照射出之雷射束通過一光束成形模組，調節一光線聚集單元或藍寶石基板之一位置，以使得雷射束通過光線聚集單元聚集於藍寶石基板之內部，以及透過將雷射束照射於藍寶石基板之中，形成一相位轉換區於藍寶石基板之中，其中雷射束引入至藍寶石基板之中而避開這些堆疊部份形成於藍寶石基板上的一個區域，以使得相位轉換區形成於藍寶石基板之中。

根據本發明之一第二實施例，提供一種雷射加工設備，其能夠加工一其上形成有複數個彼此分隔的堆疊部份之藍寶石基板，此雷射加工設備包含有：一雷射光源，其能夠照射一短脈衝雷射束，一光線聚集單元，能夠將來自雷射光源之雷射束聚集於藍寶石基板之內部，一光束成形模組，其定位於雷射光源與光線聚集單元之間，一驅動單元，其能夠驅動光線聚集單元或藍寶石基板以便調節一光線聚集點之位置，其中在光線聚集點，此雷射束聚集於藍寶石基板之中，以及一控制器，能夠控制驅動單元，以使得雷射束引入至藍寶石基板之中而避開一形成這些堆疊部份的區域，以便在藍寶石基板之中形成一相位轉換區。

本發明提供一種雷射加工方法及雷射加工設備，其適合於劃線或切割其上形成有一堆疊部份的對象目標。特別地，本發明提供一種雷射加工方法及雷射加工設備，其能夠抑制亮度之減少，產生更少的細粉塵，以高密度整合功能裝置，以及抑制在一基板與一氮化層之間產生熱或裂紋/剝離。進一步而言，根據本發明之實施例之雷射加工方法及雷射加工設備，可應用於一雷射直接聚合圖案(Laser Direct Polymer Patterning,LDPP)。

以下，將結合圖式部份詳細描述本發明之實施例，以使得本發明可容易為本領域之技術人員實現。然而，應該注意的是，本發明並不限制於這些實施例而是能夠以不同的其他方式實現。圖式部份之中，為了簡化說明，省去與本說明書不相關的元件，並且整個文件中同樣參考標號表示類似元件。

在整個文件之中，用以指定一個元件至另一元件的連接或結合之用語〞連接至〞或〞結合至〞包含一元件〞直接連接或結合至〞另一元件以及一元件藉由再一元件〞間接連接或結合至〞另一元件的兩種情況。進一步而言，文件中使用的用語〞包含或包含有〞表示除描述的元件、步驟、作業與/或元件之外，不排除一個或多個其他元件、步驟、作業與/或存在物或另外元件。

在本揭露之中，用語〞晶片〞表示一尚未切割之基板，用語〞發光二極體(LED)芯片〞表示一在切割一晶片之後且在執行一封裝製程之前能夠獲得的一發光二極體(LED)芯片，以及用語〞發光二極體(LED)封裝〞表示已經通過一封裝製程的裝置。進一步而言，在本發明之中，一晶片或一基板之用語〞前表面〞表示一其上形成有一堆疊部份的基板之頂表面，以及此晶片或基板之用語〞後表面〞表示作為與前表面相對的，此基板之一底表面。

以下，將結合圖式部份詳細描述本發明之實施例。

「第1圖」係為本發明一實施例之一雷射加工設備之結構之示意圖。以及「第2圖」及「第3圖」係為解釋「第1圖」中所示之雷射處理設備之雷射加工作業之示意圖。

如「第1圖」所示，一雷射加工設備1包含有一安裝於一框架100上的驅動單元101，一安裝於驅動單元101上的安裝台102，以便水平及垂直可移動，一提供於安裝台102之上方的雷射光源103，一提供於雷射光源103之下的光束成形模組104，一提供於光束成形模組104之下的光線聚集單元105，以及一控制器106，控制器106與驅動單元101、雷射光源103、光束成形模組104、以及光線聚集單元105相連接並且對其控制。

在「第1圖」之中，雷射光源103、光束成形模組104、以及光線聚集單元105線性排列於安裝台102之上，但是它們可透過使用一例如反射鏡的光學系統可在一水平方向上或在任何其他方向上排列。

框架100在其上保持驅動單元101及安裝台102，並且可為一包含由金屬等製造的一線性框架或面板的三維結構。舉例而言，一減震器，例如一液壓減震器或一空氣減震器，或者一主動式減震裝置可附加至此框架以便防止震動自地面或其他裝置傳輸至雷射加工設備1。

驅動單元101固定至框架100且其上保持有安裝台102以便可移動。驅動單元101可在一水平方向移動安裝台102，並且，因此，當一雷射束集中於一對象目標中之時，該對象目標可在一平面方向上連續或間歇地加工。進一步而言，驅動單元101可在一垂直方向上移動安裝台102，並且因此，此對象目標可在垂直方向上連續或間歇地加工，以使得雷射束集中於對象目標或同時雷射束聚集於對象目標之中。

作為一加工對象目標之過程的一實例，具有一劃線製程，其中一雷射束照射於一發光二極體(LED)晶片W之中以便形成一相位轉換區。然而，此對象目標並不限制於發光二極體(LED)晶片W並且可包含一半導體或含矽玻璃的任何其他材料。本發明之實施例之雷射加工設備對加工一高硬度或高脆性的材料有用。

發光二極體(LED)晶片W，即，仍然未切割的一基板10包含有一藍寶石基板11，以及一形成於其一頂表面上的堆疊部份20(如「第2圖」所示)。堆疊部份20可包含有一n型氮化鎵(n-GaN)層、一p型氮化鎵(p-GaN)層、一氮化銦鎵(InGaN)層、一鎵(N，P)層、一p型電極層、以及一n型電極層之一個或多個，以下將描述其細節。

安裝台102安裝一對象目標，例如其上形成有堆疊部份20的藍寶石基板11。安裝台102的全部或部份可由一透射雷射束的材料製造，用以防止安裝台102受到朝向安裝台102照射的一雷射束之損傷。

雷射光源103可為一二氧化碳(CO2)雷射、一準分子雷射、一銣-雅鉻(Nd-YAG)雷射、以及一二極體激發式固態(Diode-pumped Solid State,DPSS)雷射中任何一個。一自雷射光源103照射出之雷射束可為一具有例如大約20毫米(mm)或更短波長，以及脈衝寬度例如為大約100毫秒(msec)或更少的短脈衝雷射束。短脈衝雷射束具有一短照射時間及高功率密度。在使用一短脈衝雷射束的燒蝕過程中，一材料不經過一熔化過程直接蒸發，並且因此，一熱影響區幾乎不圍繞一雷射束照射區形成且能夠執行一高質量的良好過程。甚至在使用短脈衝雷射束的燒蝕過程之中，一單個光子之能量低於材料(對象目標)之離解能，當成倍數光子之能量的總合大於材料之離解能時，能夠執行燒蝕過程。

雷射光源103可照射一雷射束，該雷射束能夠穿透藍寶石基板11或藍寶石基板11之上安裝的堆疊部份20，以使得一相位轉換區T可僅接近一光線集中點P形成，不具有對藍寶石基板11或堆疊部份20之熱效應(如「第9圖」所示)。

光束成形模組104增加自雷射光源103照射出的一雷射束之直徑，以便調節光學系統的數值孔徑。進一步而言，光束成形模組104增加雷射束之平滑度。

光線聚集單元105，例如由一聚光鏡形成且自雷射光源103朝向藍寶石基板11聚集雷射束。

控制器106與驅動單元101、雷射光源103、光束成形模組104、以及光線聚集單元105相連接且控制其作業。舉例而言，控制器106控制驅動單元101，用以在一垂直或一水平方向上移動安裝台102，以使得一雷射束可引入至藍寶石基板11之中。此種情況下，此雷射束聚集至藍寶石基板11之內部，而避開堆疊部份20形成於藍寶石基板11之頂表面上的區域，以使得相位轉換區T不到達形成有堆疊部份20的藍寶石基板11之表面。因此，可能抑制發光二極體(LED)元件之亮度的減少。稍後將描述其細節。

如「第2A圖」所示，如果光線聚集點P形成於藍寶石基板11之中而堆疊部份20面向上方時，則雷射束之一光路徑B能夠形成而避開形成堆疊部份20的區域。與此種情況不相同，如果堆疊部份20形成於雷射束之光路徑B之上(如「第3A圖」所示)，則雷射束之光路徑B之上形成的堆疊部份20之區域I可吸收雷射束之能量。因此，堆疊部份20可發射其本質型光致發光光線。光致發光為一其中基板吸收能量且受激發且然後透過發射吸收的能量作為光線，返回至一較低能量狀態之過程。進一步而言，在雷射束之光路徑B上的堆疊部份20之區域I之中，由於一熱效應，剝離或裂紋可出現於堆疊部份20與藍寶石基板11之間。為了防止此問題，如「第2A圖」所揭示，控制器106可控制驅動單元101，以使得雷射束引入至其上具有複數個彼此相間隔的堆疊部份20的藍寶石基板11之中，而避開形成堆疊部份20之區域且相位轉換區T形成於藍寶石基板11之中。

如「第2B圖」所示，當堆疊部份20面向下方時，雷射束可照射以使得光線聚集點P形成於藍寶石基板11之中。此種情況下，如「第3B圖」所示，如果堆疊部份20在光線聚集點P之後，定位於雷射束之光路徑B之上(如「第3B圖」所示)，則光路徑B之上的堆疊部份20之區域I由於雷射束之過衝，可發射光致發光光線，並且由於熱效應，剝離或裂紋可出現於堆疊部份20與藍寶石基板11之間。

因此，期望地，在「第2A圖」及「第2B圖」所示之情況的任何一個之中，控制器106控制驅動單元101、雷射光源103、光束成形模組104或光線聚集單元105，以使得雷射束引入至藍寶石基板11之中，而避開形成堆疊部份20的區域且相位轉換區僅形成於藍寶石基板11之中。進一步而言，期望地，控制器106控制驅動單元101、雷射光源103、光束成形模組104或光線聚集單元105，以使得堆疊部份20不發射光致發光光線。

已經解釋了驅動單元101驅動安裝台102之情況，還可能安裝另一驅動單元，用以代替驅動單元101或與其一起驅動安裝台102。此種情況下，安裝台102與光線聚集單元105之間的距離透過驅動光線聚集單元105調節，以使得藍寶石基板11之中的雷射束之光線聚集點P能夠在藍寶石基板11之一厚度方向移動。進一步而言，光線聚集點P能夠在一平面方向上移動。

「第4圖」係為本發明另一實施例之一雷射加工設備之結構之示意圖。類似標號表示與「第1圖」描述的上述實施例的雷射加工設備類似之元件，並且將省去其解釋。

在本實施例之一雷射加工設備1之中，一雙色分光鏡107安裝於一雷射光源103與一光線聚集單元105之間。雙色分光鏡107反射一具有特定波長之光線且透射其他光線。雙色分光鏡107準備選擇性地僅反射自一堆疊部份20發射出之光線。也就是說，雙色分光鏡107準備透射一雷射束及一自藍寶石基板11發射出之光線且反射自堆疊部份20發射出之光線。

因此，一用於加工的自雷射光源103朝向藍寶石基板11照射出的雷射束通過雙色分光鏡107且朝向藍寶石基板11行進。此時，如果堆疊部份20形成於藍寶石基板11之上，則堆疊部份20發射一透過雷射束產生的光致發光光線。透過堆疊部份20發射的光致發光光線透過雙色分光鏡107反射且朝向檢測單元108行進。

檢測單元108檢測透過一透過堆疊部份20發射之光致發光光線，由此可能確定是否堆疊部份20定位於雷射束之一光路徑B之上。因此，不需要安裝另一用於觀測的光源或用於檢測的光源，可能確定是否一雷射束照射於堆疊部份20。

根據本發明之上述實施例(如「第1圖」至「第3圖」所示)，一用以處理其上形成有複數個彼此相分隔的堆疊部份20的藍寶石基板11之雷射加工設備1可包含有，一用以照射一雷射束的雷射光源103，一光線聚集單元105，用以將來自雷射光源103之雷射束聚集於藍寶石基板11之中，一驅動單元101，其移動光線聚集單元105或藍寶石基板11，以使得集中雷射束的一光線聚集點P在藍寶石基板11之中調節，以及一控制驅動單元101的控制器106，以使得雷射束引入至藍寶石基板11之中，而避開形成堆疊部份的一區域且一相位轉換區形成於藍寶石基板11之中。這裡，雷射光源103可振盪一短脈衝雷射束。

進一步而言，控制器106可控制驅動單元101，以使得相位轉換區不到達藍寶石基板11之前表面或後表面。一光束成形模組104可更包含於雷射光源103與光線聚集單元105之間。可更包含有一其上安裝藍寶石基板11的安裝台102。

根據本發明之實施例(如「第4圖」所示)，可更包含有一檢測單元108，用以檢測透過雷射束產生的堆疊部份20發射的光致發光光線。一雙色分光鏡107可更包含於雷射光源103與光線聚集單元105之間。

雷射光源103可包含有一二氧化碳(CO2)雷射、一準分子雷射、一銣-雅鉻(Nd-YAG)雷射、或一二極體激發式固態(DPSS)雷射。雷射光源103可為一穿透至藍寶石基板11或堆疊部份20的雷射光源。堆疊部份20可包含有一n型氮化鎵(n-GaN)層12、一p型氮化鎵(p-GaN)層14、一氮化銦鎵(InGaN)層13、一p型電極層16或一n型電極層17(如「第5圖」及「第6圖」所示)。

根據本發明之實施例(如「第1圖」至「第3圖」所示)，一處理其上形成有堆疊部份20的對象目標之雷射加工設備1可包含有，一雷射光源103，用以照射一雷射束，一光線聚集單元105，用以將來自雷射光源103之雷射束聚集於對象目標之中，一驅動單元101，用以移動光線聚集單元105或對象目標，以使得聚集雷射束的一光線聚集點P在對象目標之中調節，以及一控制器106，用以控制驅動單元101，以使得雷射束引入至對象目標之中而避開一形成堆疊部份之區域且一相位轉換區形成於對象目標之中。這裡，雷射光源103可振盪一短脈衝雷射束。

根據本發明之實施例(如「第1圖」至「第3圖」所示)，一處理其上形成有堆疊部份的對象目標之雷射加工設備1可包含有，一雷射光源103，其用以照射一雷射束，一光線聚集單元105，用以將來自雷射光源103之雷射束聚集於對象目標之中，一驅動單元101，用以移動光線聚集單元105或對象目標，以使得聚集雷射束的一光線聚集點P在對象目標之中調節，以及一控制器106，其控制雷射光源103、光線聚集單元105或驅動單元101，以使得光致發光光線不出現於堆疊部份與對象目標之間。這裡，雷射光源103可以振盪一短脈衝雷射束。

根據本發明之實施例(如「第1圖」至「第3圖」所示)，一處理其上形成有堆疊部份20的對象目標之雷射加工設備1可包含有，一雷射光源103，其用以照射一雷射束，一光線聚集單元105，用以將來自雷射光源103之雷射束聚集於對象目標之中，一驅動單元101，用以移動光線聚集單元105或對象目標，以使得聚集雷射束的一光線聚集點P在對象目標之內調節，以及一控制器106，其控制雷射光源103、光線聚集單元105或驅動單元101。控制器106可控制雷射光源103、光線聚集單元105或驅動單元101，以使得雷射束引入至對象目標之中且一相位轉換區形成於此對象目標之中，並且以使得光致發光光線不出現於堆疊部份與對象目標之間。

以下，將解釋使用雷射加工設備1加工一對象目標之方法。雖然將解釋透過劃線或切割一發光二極體(LED)晶片製造一發光二極體(LED)芯片之情況，但是本發明並不限制於本實施例。

「第5圖」係為使用本發明一實施例之雷射加工設備加工一對象目標之實例之橫截面圖，以及「第6圖」係為使用本發明一實施例之雷射加工設備加工一對象目標之另一實例之橫截面圖。「第7圖」係為示意性表示一藍寶石基板之平面圖，以及「第8圖」係為示意性表示一發光二極體(LED)芯片之透視圖。

請參閱「第5圖」，為了製造一發光二極體(LED)芯片10，準備一藍寶石基板11且複數個氮化層(n型氮化鎵(n-GaN)層12至p型氮化鎵(p-GaN)層14)堆疊於藍寶石基板11之上用以形成一堆疊部份(如「第5A圖」所示)。氮化層(n型氮化鎵(n-GaN)層12至p型氮化鎵(p-GaN)層14)可透過使用例如一有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方法的外延生長形成。具體而言，一n型氮化鎵(n-GaN)層12形成於藍寶石基板11之上，一氮化銦鎵(InGaN)層13形成於n型氮化鎵(n-GaN)層12之上，以及然後一p型氮化鎵(p-GaN)層14形成於氮化銦鎵(InGaN)層13之上。透過形成氮化銦鎵(InGaN)層13作為一發光材料，能夠獲得一高亮度之藍光或一綠光。

其後，為了形成電極及分離一元件，一凹槽15透過蝕刻p型氮化鎵(p-GaN)層14、氮化銦鎵(InGaN)層13以及n型氮化鎵(n-GaN)層12之一部份形成(如「第5B圖」所示)。凹槽15能夠透過例如，一活性離子蝕刻(Reactive Ion Etching,RIE)方法形成。因此，n型氮化鎵(n-GaN)層12之頂表面的部份區域變的暴露於凹槽15之底表面。

然後，一p型電極層16形成於p型氮化鎵(p-GaN)層14之上且一n型電極層17形成於n型氮化鎵(n-GaN)層12之上(如「第5C圖」所示)。p型電極層16及n型電極層17可由例如金(Au)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉻(Cr)等金屬製造。p型電極層16及n型電極層17通過一引線連接至一外部電源，以使得一發光二極體(LED)元件發射光線。

藍寶石基板11沿著「第5C圖」所示之一預置切割線L切割且能夠獲得一如「第5D圖」所示之發光二極體(LED)芯片(基板10)。「第5圖」表示製造兩個發光二極體(LED)晶片之情況，但是實際上，能夠使用一單個發光二極體(LED)晶片W製造幾百至幾千個發光二極體(LED)芯片C(如「第7圖」及「第8圖」所示)。

由於上述有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方法及活性離子蝕刻(RIE)方法已經廣為所知，因此將省去其詳細解釋。在上述之實施例中，有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)方法及活性離子蝕刻(RIE)方法已經分別作為一氮化層形成方法以及一蝕刻方法描述，但是本發明並不限制於此。任何其他廣為所知的方法能夠用作一氮化層形成方法以及一蝕刻方法。

在上述實施例之中，堆疊部份由透過n型氮化鎵(n-GaN)層12、氮化銦鎵(InGaN)層13、p型氮化鎵(p-GaN)層14、p型電極層16、以及n型電極層17製造的氮化層及金屬層形成，但是本發明並不限制於此。舉例而言，一非摻雜氮化鎵(n-GaN)層可形成於藍寶石基板11與n型氮化鎵(n-GaN)層12之間，以便提高其間的晶格匹配，以及一歐姆接觸金屬層可形成於p型氮化鎵(p-GaN)層14與p型電極層16之間以便在其間電連接。

稍後將解釋藍寶石基板11之一切割過程。

「第6圖」表示加工一對象目標的另一實施例。本實施例除當形成一凹槽15之時，暴露藍寶石基板11之一頂表面之一部份區域之外，與上述實施例相同。因此，以下將使用「第5圖」中表示的類似參考標號。

首先，一n型氮化鎵(n-GaN)層12、一氮化銦鎵(InGaN)層13、以及一p型氮化鎵(p-GaN)層14順次堆疊於一藍寶石基板11之上(如「第6A圖」所示)。

然後，一凹槽15透過蝕刻n型氮化鎵(n-GaN)層12、氮化銦鎵(InGaN)層13、以及p型氮化鎵(p-GaN)層14形成(如「第6B圖」所示)。n型氮化鎵(n-GaN)層12之頂表面的部份區域及藍寶石基板11之頂表面的部份區域暴露於凹槽15之底表面。因此，凹槽15形成為一順次暴露p型氮化鎵(p-GaN)層14、n型氮化鎵(n-GaN)層12、以及藍寶石基板11之階梯形狀。藍寶石基板11之頂表面暴露的部份區域用以在稍後製程中切割。也就是說，在關於「第5圖」的上述實施例之中，藍寶石基板11及n型氮化鎵(n-GaN)層12被切割且分離用以形成一發光二極體(LED)芯片，但是在本實施例之中，僅藍寶石基板11需要切割且一切割製程更有效地執行。當切割藍寶石基板11及n型氮化鎵(n-GaN)層12之時，向其作用一外力。如果藍寶石基板11之頂表面之一部份區域暴露且與n型氮化鎵(n-GaN)層12相分離，則由於該外力，顯著減少藍寶石基板11與及n型氮化鎵(n-GaN)層12之間的剝離及裂紋。

隨後，一p型電極層16形成於p型氮化鎵(p-GaN)層14之上，並且一n型電極層17形成於n型氮化鎵(n-GaN)層12之上(如「第6C圖」所示)。

然後，藍寶石基板11沿著如「第6C圖」所示之一預置切割線L切割，以及能夠獲得一如「第6D圖」所示之發光二極體(LED)芯片(基板10)。

其後，將結合「第9圖」至「第13圖」解釋一藍寶石基板11之切割方法。

「第9圖」至「第12圖」係分別為一其中形成一相位轉換區的藍寶石基板之縱向橫截面圖，以及「第13圖」係為其中形成有兩個交叉相位轉換區的一藍寶石基板之平面橫截面圖。為了方便，「第9圖」、「第10圖」、以及「第12圖」沒有表示形成於一藍寶石基板上的一堆疊部份。

根據使用本發明之一雷射加工設備形成一發光二極體(LED)芯片之方法，如在以上實施例之解釋，準備一藍寶石基板11，其上形成有複數個彼此相分隔的堆疊部份(例如，複數個氮化層及金屬電極層)20。然後，一雷射束照射於藍寶石基板11而避開形成堆疊部份20之一區域，以及一相位轉換區T透過照射雷射束形成於藍寶石基板11之中。這裡，相位轉換區T控制為以便不到達形成堆疊部份20的藍寶石基板11之一表面以及其一後表面。其後，透過使用相位轉換區T切割藍寶石基板11以及能夠獲得一發光二極體(LED)芯片。

以下將解釋藍寶石基板11之上形成相位轉換區T之一過程。

透過使用「第1圖」至「第4圖」中所示之一雷射加工設備1，雷射束照射於光線聚集點P，光線聚集點P為藍寶石基板11之中的任何一個點。光線聚集點P設置為位於一預置切割線L之上(如「第9圖」所示)。

照射於藍寶石基板11的雷射束可為例如銣-雅鉻(Nd-YAG)雷射的固態雷射。雷射束自一個或多個雷射光源照射出且通過一光束成形模組及一聚光鏡集中於光線聚集點P之上。

光線聚集點P及圍繞光線聚集點P的相位轉換區T形成於藍寶石基板11之中，但是相位轉換區T不形成於其他區域，即藍寶石基板11之表面或堆疊部份20之中。為此，雷射束可穿透至藍寶石基板11或定位於雷射束之一光線路徑上的堆疊部份。如果滿足此條件可使用任何光源。舉例而言，除了銣-雅鉻(Nd-YAG)雷射之外，可使用一二氧化碳(CO2)雷射、一準分子雷射、以及一二極體激發式固態(DPSS)雷射。

在本發明之實施例之中，可能使用一具有大約20毫米(mm)或更少波長且脈衝寬度大約100毫秒(msec)或更少的脈衝雷射束作為該雷射束。透過將能量部份引入至藍寶石基板11之中的一小區域，如「第9圖」所示，相位轉換區T可僅形成於藍寶石基板11之中，以便不與藍寶石基板11之前表面或後表面相接觸。

因此，在一完成的發光二極體(LED)封裝之中，相位轉換區T，例如一非晶區，在靠近藍寶石基板11之前表面或後表面不形成或形成為一較小面積，其中該藍寶石基板11定位於一自光發射層產生之光線傳輸至外部所沿襲之一路徑上。因此，能夠抑制亮度之降低。

「第10圖」係為本發明另一實施例之一相位轉換區T之形成之示意圖。

根據本實施例，一雷射束在一藍寶石基板11中的一預置切割線L上定位的兩個點之間連續運動，以使得一相位轉換區T形成為在藍寶石基板11的一厚度方向(z軸)上延伸。這兩個點中靠近藍寶石基板11的一表面的一個稱作一第一光線聚集點或第一區域P1，並且靠近藍寶石基板11的後表面之另一點稱作一第二光線聚集點或一第二區域P2。在本實施例之中，相位轉換區T透過將雷射束的一光線聚集點(光線聚集區)自第一區域P1至第二區域P2移動形成。另外，一相位轉換區T可透過在第二區域P2至第一區域P1之間移動雷射束之光線聚集點(光線聚集區)形成。本實施例除了相位轉換區T連續形成之外，與結合「第9圖」解釋之上述實施例相同。

在本實施例之中，相位轉換區T按照與結合「第9圖」解釋的實施例相同之方式，不與藍寶石基板11之前表面或後表面相接觸。

然而，如以上結合「第6圖」之所述，如果藍寶石基板11之一頂表面之部份區域暴露且任何一個堆疊部份(n型氮化鎵(n-GaN)層12至p型氮化鎵(p-GaN)層14)與其相鄰的堆疊部份(n型氮化鎵(n-GaN)層12至p型氮化鎵(p-GaN)層14)完全分隔開，則藍寶石基板11之中形成的相位轉換區T可與藍寶石基板11之表面或後表面之一部份相接觸。也就是說，如「第11圖」所示，如果由複數個氮化層(n型氮化鎵(n-GaN)層12至p型氮化鎵(p-GaN)層14)形成的一堆疊部份與其相鄰的堆疊部份完全分隔開，則當一相位轉換區T透過自第一區域P1至第二區域P2或自第二區域P2至第一區域P1，連續移動一雷射束之光線聚集區形成之時，相位轉換區T可形成以便與藍寶石基板11之前表面或後表面相接觸。甚至在此種情況下，相位轉換區T不與這些堆疊部份相接觸。

「第12圖」表示根據本發明之再一實施例之相位轉換區T之形成。與上述實施例不相同，在本實施例之中，複數個雷射束聚集於一藍寶石基板11之中的複數個，例如三個光線聚集區(第一區域P1、第二區域P2及第三區域P3)以及形成一相位轉換區T。也就是說，一相位轉換區透過雷射束聚集於光線聚集點(第一區域P1)且當光線聚集區順次移動至點(第二區域P2)及點(第三區域P3)之時，雷射束聚集於光線聚集區之上形成。結果，一相位轉換區T按照「第12圖」中所示形成。

「第13圖」表示自一藍寶石基板11之平面(x-y平面)之角度觀察的兩個相交叉的相位轉換區。為了透過切割藍寶石基板11形成發光二極體(LED)芯片，藍寶石基板11必需在自該平面之角度觀察的一正交方向上切割。為此，舉例而言，一相位轉換區沿著在藍寶石基板11之一y軸方向上排列的複數個預置切割線L11、L12等，以及在藍寶石基板11之一x軸方向上排列的複數個預置切割線L21、L22等形成，以便與預置切割線L11、L12等正交且然後藍寶石基板11自相位轉換區沿著預置切割線切割，以使得能夠獲得複數個發光二極體(LED)芯片(如「第7圖」及「第8圖」所示)。

為了這樣做，如「第13圖」所示，一雷射束沿著定位於藍寶石基板11之中的y軸方向線的一預置切割線L1照射於複數個光線聚集點P11及P12，以使得一第一相位轉換區T1形成為在y軸方向上延伸，以及然後一雷射束沿著定位於藍寶石基板11之中的x軸方向線的一預置切割線L2照射於複數個光線聚集點P21及P22，以使得一第二相位轉換區T2形成為在x軸方向上延伸。

為了形成第一相位轉換區T1，一雷射束可如上所述照射於每一光線聚集點P11及P12，或者一雷射束可沿著一預置切割線L1連續照射。為了形成第二相位轉換區T2，一雷射束可如上所述照射於每一個光線聚集點P21及P22，或者一雷射束可沿著一預置切割線L2連續照射。

如「第9圖」至「第13圖」所示，在一相位轉換區T形成於藍寶石基板11中之後，藍寶石基板11沿著一預置切割線L自相位轉換區T切割且能夠獲得一發光二極體(LED)芯片。

具體而言，一自外部提供至相位轉換區T之外力在一朝向藍寶石基板11的前表面及後表面方向上，自相位轉換區T產生裂紋且能夠切割藍寶石基板11。

舉例而言，以預置切割線L為中心的藍寶石基板11之兩側面使用夾具等固定，並且以預置切割線L為中心的藍寶石基板11之兩側面彎曲為一錐體形狀，或者具有一尖端的施壓件自藍寶石基板11之後表面沿著預置切割線L向上移動。此種情況下，裂紋自相位轉換區T在朝向由一高脆度材料製造的藍寶石基板11之表面的方向上產生且能夠切割藍寶石基板11。

或者，藍寶石基板11能夠透過自藍寶石基板11的表面向下提供一外力切割。也就是說，以預置切割線L為中心的藍寶石基板11之兩側面使用夾具等固定，並且以預置切割線L為中心的藍寶石基板11彎曲為一錐體形狀，或者具有一尖端的施壓件自藍寶石基板11之表面沿著預置切割線L向下移動，以使得一外力能夠自藍寶石基板11之表面向下作用。此種情況下，裂紋自相位轉換區T在朝向藍寶石基板11的後表面方向上出現且能夠切割藍寶石基板11。

另外，藍寶石基板11能夠透過在一平面方向上向藍寶石基板11提供一拉力切割。舉例而言，在一延伸膜(圖未示)附加至藍寶石基板11之底側之後，藍寶石基板11透過在平面方向上伸展延伸膜分割藍寶石基板11，以及因此，藍寶石基板11能夠自形成相位轉換區T的預置切割線L切割。然後，延伸膜自藍寶石基板11去除。

該方法之優點在於一外力能夠提供於全部藍寶石基板11且藍寶石基板11能夠在一個過程中切割。已經解釋一種延伸膜附加至藍寶石基板11之後表面以切割藍寶石基板11之情況，但是延伸膜能夠附加至藍寶石基板11之表面以切割藍寶石基板11。進一步而言，延伸膜可附加至基板11之表面及後表面之兩個或者可附加至藍寶石基板11之表面及後表面的任何一個，用以執行一切割過程。

如上所述，根據本發明之實施例(如「第1圖」至「第3圖」以及「第5圖」至「第9圖」所示)，一藍寶石基板之雷射加工方法可包含，一準備藍寶石基板11的過程，藍寶石基板11之上形成有複數個彼此相分隔的堆疊部份，一自一雷射光源103照射一雷射束之過程，一調節光線聚集單元105或藍寶石基板11之位置，以使得雷射束能夠通過光線聚集單元105集中於藍寶石基板11之內部的過程，以及一透過將雷射束照射於藍寶石基板11之中，在藍寶石基板11之內形成一相位轉換區之過程。這裡，雷射束引入至藍寶石基板11之內部而避開堆疊部份形成於藍寶石基板之上的區域且雷射光源103可振盪一短脈衝雷射束。

形成於藍寶石基板之中的相位轉換區可不到達藍寶石基板之一前表面或一後表面。

進一步而言，自雷射光源103照射出之雷射束可通過一光束成形模組104。雷射光源103可包含有一二氧化碳(CO2)雷射、一準分子雷射、一銣-雅鉻(Nd-YAG)雷射或一二極體激發式固態(DPSS)雷射。雷射光源103可為一穿透藍寶石基板11或堆疊部份的雷射光源。這些堆疊部份可包含有一n型氮化鎵(n-GaN)層、一p型氮化鎵(p-GaN)層、一氮化銦鎵(InGaN)層、一p型電極層或一n型電極層。

本發明之實施例可更包含有一檢測由於雷射束透過堆疊部份20發射出之光線的光致發光光線之過程。進一步而言，由於雷射束透過堆疊部份20發射出之光致發光光線可通過一雙色分光鏡107入射於一檢測單元108，其中雙色分光鏡107位於雷射光源103與光線聚集單元105之間(如「第4圖」所示)。

在藍寶石基板11之中形成相位轉換區之過程中，相位轉換區可透過自靠近藍寶石基板11之一表域至靠近藍寶石基板11之一後表面的第二區域，在藍寶石基板11之中移動雷射束之光線聚集區形成。或者，在藍寶石基板11之中形成相位轉換區的過程之中，相位轉換區可透過自靠近藍寶石基板11之後表面的第二區域至靠近藍寶石基板11之表面的第一區域，在藍寶石基板11之中移動雷射束之一光線聚集區形成(如「第10圖」所示)。

另外，在藍寶石基板11之中形成相位轉換區之過程中，此相位轉換區透過在一厚度方向上，將雷射束聚集至藍寶石基板11之中的複數個區域形成(如「第10圖」至「第12圖」所示)。進一步而言，在藍寶石基板11之中形成相位轉換區之過程中，可以形成自藍寶石基板11之一平面之角度觀察，彼此相交叉的複數個第一相位轉換區及第二相位轉換區(如「第13圖」所示)。

本發明之實施例可更包含有一以相位轉換區作為一起點，切割藍寶石基板之過程。在該切割藍寶石基板之過程中，藍寶石基板11可透過將一外力提供至相位轉換區且在一朝向藍寶石基板11之一前表面或一後表面之方向上，自相位轉換區產生裂紋切割。或者，在切割藍寶石基板之過程中，藍寶石基板11可透過自藍寶石基板11之後表面作用一外力且在一朝向藍寶石基板11之表面的方向上自相位轉換區產生裂紋而切割。另外，在切割藍寶石基板之過程中，藍寶石基板11可透過自藍寶石基板11之表面作用一外力且在一朝向藍寶石基板11之後表面的方向上自相位轉換區產生裂紋而切割。進一步而言，切割藍寶石基板11之過程可包含，一透過使用相位轉換區切割藍寶石基板11之過程，以及一將切割的藍寶石基板11彼此分隔開的過程。而且，切割藍寶石基板11之過程可包含，一將一延伸膜附加至藍寶石基板11之一頂側或一底側之過程，以及一透過在一平面方向上延伸延伸膜以分割藍寶石基板11之過程。

根據本發明之實施例(如「第1圖」至「第3圖」以及「第5圖」至「第9圖」所示)，在加工一其上形成有一堆疊部份的對象目標之雷射加工方法中，一相位轉換區透過將一雷射束聚集於此對象目標形成。這裡，為了在堆疊部份之中不招致一光學或熱反應，該雷射束可照射於此對象目標而避開堆疊部份，以及雷射束可照射以使得形成於對象目標之中的相位轉換區不實際到達該堆疊部份。

此光學或熱反應係指所有種類之反應，例如由於照射雷射束在堆疊部份之中產生的光致發光，以及由於透過雷射束引起的熱，在堆疊部份與對象目標之間或堆疊部份之中的材料之轉化或變化。

根據本發明之實施例(如「第1圖」至「第3圖」以及「第5圖」至「第9圖」所示)，該雷射加工方法可包含，一準備一對象目標之過程，其中此對象目標之上形成有彼此相分隔的複數個堆疊部份，一自一雷射光源103照射一雷射束之過程，一調節光線聚集單元105或藍寶石基板11之位置，以使得雷射束能夠通過光線聚集單元105聚集於對象目標之內部之過程，以及一透過將一雷射束照射至對象目標之中，在對象目標之中形成一相位轉換區之過程。這裡，雷射束引入至對象目標之中而避開堆疊部份形成於對象目標之上的一區域且雷射光源103可振盪一短脈衝雷射束。

進一步而言，根據本發明之實施例(如「第1圖」至「第3圖」以及「第5圖」至「第9圖」所示)，該雷射加工方法可包含，一準備一對象目標之過程，其中此對象目標之上形成有彼此相分隔的複數個堆疊部份，一自雷射光源103照射一雷射束之過程，一調節一光線聚集單元105或藍寶石基板11之位置，以使得雷射束能夠通過光線聚集單元105聚集於對象目標之內部之過程，以及一將雷射束照射於對象目標之中，以使得光致發光不產生於堆疊部份與對象目標之間之過程。這裡，雷射光源103可振盪一短脈衝雷射束。

根據本發明之實施例(如「第1圖」至「第3圖」以及「第5圖」至「第9圖」所示)，該雷射加工方法可包含，一準備一對象目標之過程，其中此對象目標之上形成有彼此相分隔的複數個堆疊部份，一自雷射光源103照射一雷射束之過程，一調節一光線聚集單元105或藍寶石基板11之位置，以使得雷射束能夠通過光線聚集單元105聚集於對象目標之內部之過程，以及一透過將雷射束照射於對象目標之中，在對象目標之中形成一相位轉換區之過程。這裡，為了在堆疊部份與對象目標之間不產生光致發光，雷射束引入至對象目標之中而避開堆疊部份形成於對象目標之上的一區域。

本發明之上述描述僅為示例之目的，並且本領域之技術人員可以理解的是，在不脫離本發明之技術概念及本質特徵的情況下可做出不同之變化及修改。因此，明顯可知上述實施例為示例性表示且不限制本發明。舉例而言，描述為單一類型的每一元件可實現為分佈方式。同樣，以分佈方式描述的元件能夠實現為一組合方式。

本發明之保護範圍透過以下之專利申請範圍而非透過實施例之詳細描述定義。可以理解的是本領域之技術人員應當意識到在不脫離本發明所附之申請專利範圍所揭示之本發明之精神和範圍的情況下，所作之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍之內。

1．．．雷射加工設備

10．．．基板

11．．．藍寶石基板

12．．．n型氮化鎵(n-GaN)層

13．．．氮化銦鎵(InGaN)層

14．．．p型氮化鎵(p-GaN)層

15．．．凹槽

16．．．p型電極層

17．．．n型電極層

20．．．堆疊部份

100．．．框架

101．．．驅動單元

102．．．安裝台

103．．．雷射光源

104．．．光束成形模組

105．．．光線聚集單元

106．．．控制器

107．．．雙色分光鏡

108．．．檢測單元

W．．．發光二極體(LED)晶片

T．．．相位轉換區

P．．．光線集中點

B．．．光路徑

I．．．區域

L．．．預置切割線

C．．．發光二極體(LED)芯片

P1．．．第一區域

P2．．．第二區域

P3．．．第三區域

L11、L12．．．預置切割線

L21、L22．．．預置切割線

T1．．．第一相位轉換區

T2．．．第二相位轉換區

L1、L2．．．預置切割線

P11、P12．．．光線聚集點

P21、P22．．．光線聚集點

T．．．相位轉換區

第1圖係為本發明一實施例之一雷射加工設備之結構之示意圖；

第2圖及第3圖係為解釋第1圖中所示之雷射處理設備之雷射加工作業之示意圖；

第4圖係為本發明另一實施例之一雷射加工設備之結構之示意圖；

第5圖係為使用本發明一實施例之雷射加工設備加工一對象目標之實例之橫截面圖；

第6圖係為使用本發明一實施例之雷射加工設備加工一對象目標之另一實例之橫截面圖；

第7圖係為示意性表示一藍寶石基板之平面圖；

第8圖係為示意性表示一發光二極體(LED)芯片之透視圖；

第9圖至第12圖係分別為一其中形成一相位轉換區的藍寶石基板之縱向橫截面圖；以及

第13圖係為其中形成有兩個交叉相位轉換區的一藍寶石基板之平面橫截面圖。

1．．．雷射加工設備

100．．．框架

101．．．驅動單元

102．．．安裝台

103．．．雷射光源

104．．．光束成形模組

105．．．光線聚集單元

106．．．控制器

W．．．發光二極體(LED)晶片

P．．．光線集中點

B．．．光路徑

Claims (18)

1. 一種藍寶石基板之雷射加工方法，其中該藍寶石基板位於一發光二極體元件中，該雷射加工方法係包含以下步驟：準備一藍寶石基板，該藍寶石基板之上形成有複數個彼此分隔的堆疊部份；自一雷射光源照射一短脈衝雷射束；使得自該雷射光源照射出之該雷射束通過一光束成形模組；調節一光線聚集單元或該藍寶石基板之一位置，以使得該雷射束通過該光線聚集單元聚集於該發光二極體元件中的該藍寶石基板之內部；以及透過將該雷射束照射於該藍寶石基板之中，形成一相位轉換區於該藍寶石基板之中，其中該雷射束之一光路徑形成而避開該藍寶石基板上形成有該等堆疊部份的區域，並且該雷射束被引入至該藍寶石基板之中，以使得該相位轉換區形成於該藍寶石基板之中。
2. 如請求項第1項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，其中形成於該藍寶石基板之中的該相位轉換區不到達該藍寶石基板之一前表面或一後表面。
3. 如請求項第1項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，更包含：檢測由於該雷射束透過該等堆疊部份發射出之光致發光 光線。
4. 如請求項第3項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，其中該光致發光光線通過該雷射光源與該光線聚集單元之間提供的一雙色分光鏡入射於一檢測單元。
5. 如請求項第1項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，其中該雷射束穿透至該藍寶石基板或該等堆疊部份。
6. 如請求項第1項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，其中該等堆疊部份包含有一n型氮化鎵(n-GaN)層、一p型氮化鎵(p-GaN)層、一氮化銦鎵(InGaN)層、一p型電極層、以及一n型電極層中的一個或多個。
7. 如請求項第1項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，其中在該藍寶石基板之中形成該相位轉換區之該過程之中，該相位轉換區透過在一厚度方向上將該雷射束聚集至該藍寶石基板中的複數個區域形成。
8. 如請求項第1項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，其中在該藍寶石基板之中形成該相位轉換區之該過程之中，形成自該藍寶石基板之一平面的角度觀察，彼此相交叉的複數個第一相位轉換區以及複數個第二相位轉換區。
9. 如請求項第1項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，更包含：使用該相位轉換區作為一起始點切割該藍寶石基板。
10. 如請求項第9項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，其中在切 割該藍寶石基板之該過程之中，該藍寶石基板透過將一外力作用至該相位轉換區且在朝向該藍寶石基板之一前表面或一後表面的方向上，自該相位轉換區產生裂紋切割。
11. 如請求項第9項所述之藍寶石基板之雷射加工方法，其中在切割該藍寶石基板之該過程包含，附加一延伸膜至該藍寶石基板之一頂側或一底側且透過在一平面方向上延伸該延伸膜分割該藍寶石基板。
12. 一種雷射加工設備，其能夠加工一其上形成有複數個彼此分隔的堆疊部份之藍寶石基板，其中該藍寶石基板位於一發光二極體元件中，該雷射加工設備包含有：一雷射光源，係能夠照射一短脈衝雷射束；一光線聚集單元，係能夠將來自該雷射光源之該雷射束聚集於該藍寶石基板之內部；一光束成形模組，係定位於該雷射光源與該光線聚集單元之間；一驅動單元，係能夠驅動該光線聚集單元或該藍寶石基板以便調節一光線聚集點之位置，其中在該光線聚集點，該雷射束聚集於該藍寶石基板之中；以及一控制器，係能夠控制該驅動單元，以使得該雷射束之一光路徑形成而避開該藍寶石基板上形成有該等堆疊部份的區域，並且該雷射束被引入至該藍寶石基板之中，以便在該藍寶 石基板之中形成一相位轉換區。
13. 如請求項第12項所述之雷射加工設備，其中該控制器控制該驅動單元以使得該相位轉換區不到達該藍寶石基板之一前表面或一後表面。
14. 如請求項第12項所述之雷射加工設備，更包含有：一檢測單元，係能夠檢測由於該雷射束透過該等堆疊部份發射出之一光致發光光線。
15. 如請求項第14項所述之雷射加工設備，更包含有：一雙色分光鏡，係定位於該雷射光源與該光線聚集單元之間且能夠將透過該等堆疊部份發射出之該光致發光光線反射至該檢測單元。
16. 如請求項第12項所述之雷射加工設備，其中該雷射光源包含有一二氧化碳(CO₂ )雷射、一準分子雷射、一銣-雅鉻(Nd-YAG)雷射、一二極體激發式固態(DPSS)雷射之任何一個。
17. 如請求項第12項所述之雷射加工設備，其中該雷射束穿透至該藍寶石基板或該等堆疊部份。
18. 如請求項第12項所述之雷射加工設備，其中該等堆疊部份包含有一n型氮化鎵(n-GaN)層、一p型氮化鎵(p-GaN)層、一氮化銦鎵(InGaN)層、一p型電極層、以及一n型電極層中的一個或多個。