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1、深紫外LED激光劃片工藝探究【摘要】近年來，LED行業(yè)發(fā)展迅速，尤其是深紫外LED研發(fā)及應(yīng)用已經(jīng)吸引越來越多的關(guān)注。本文利用355nm固態(tài)紫外激光加工設(shè)備，系統(tǒng)研究了激光功率密度、重復(fù)頻率、切割速度、單脈沖能量等工藝參數(shù)切割倒裝器件的0.22mm厚單晶硅片的外觀和效率的影響規(guī)律。結(jié)果表明，工藝采用雙面切割，并只能采用正面裂片方式，背切速度92mm/s，正切速度98mm/s，激光功率1.30w，PRF=130KHZ，可達(dá)到最優(yōu)裂片效果。【關(guān)鍵詞】深紫外LED;激光切割;單晶硅1.深紫外LED結(jié)構(gòu)特點首
2、先，深紫外LED后道工藝中的劃裂工藝，難點是：由于深紫外LED（波長為280nm）其發(fā)出的紫外光會被正面P-GaN層吸收，所以深紫外LED只能由背面出光，在制程工藝中，必須采用倒裝方式。這就使后續(xù)劃裂工藝中，必須采用正裂片方式進(jìn)行，以避免損傷器件。6目前，工業(yè)上選用的理想的倒裝材料為單晶硅。它是典型的共價鍵結(jié)合的材料，硬度高、脆性很大，很難加工。為了提高加工精度和質(zhì)量，采用紫外激光來進(jìn)行劃片。紫外激光因波長短、材料吸收率高、加工速度快、熱影響區(qū)小、可聚焦光斑尺寸小等特點，特別是近年來迅速發(fā)展起來的全
3、固態(tài)紫外激光器，重復(fù)頻率高、性能可靠、光束質(zhì)量好、功率穩(wěn)定，在電子制造工業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)的精密加工和微細(xì)加工領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。紫外激光加工硅片的研究，國外科研機構(gòu)起步較早，短波長激光加工硅片的研究和報道的文獻(xiàn)較少。本文利用紫外激光劃片設(shè)備對深紫外LED劃硅片工藝進(jìn)行了深入的研究。2.實驗設(shè)備與材料2.1實驗設(shè)備實驗設(shè)備激光器采用355nm全固態(tài)紫外激光器，最大平均功率2W，重復(fù)頻率90-150kHz，光學(xué)系統(tǒng)由擴束鏡、全反射鏡和聚焦鏡組成。工作臺最高速度100mm/s，XY平臺定位精度為±3um，X
4、Y平臺重復(fù)精度為±1um，平臺旋轉(zhuǎn)精度為±0.001°，定位檢測分辨率為±0.5um。2.2實驗材料和實驗方法本工藝采用厚度為220um的2英寸Si片深紫外LED倒裝載體，Si載體通過電鍍技術(shù)形成倒裝圖形，深紫外LED通過倒裝技術(shù)與Si襯底焊接成一體。根據(jù)Si襯底的圖形，利用紫外激光劃片，然后使用裂片機由正面裂片，裂片完成后，從剖面測量切割深度，觀察裂片效果及外觀，對比激光器參數(shù)、切割速度、切割深度對芯片外觀質(zhì)量的影響。3.實驗結(jié)果分析3.16單面與雙面劃片對深紫外LED裂片外觀影響若采用單面劃片，
5、激光器頻率PRF為120KHz，PWF=700，激光掃描速度為50mm/s，激光器功率測量為1.34w，硅片切深為105um。裂片后，外觀參差不齊，造成硅片亂裂較多，影響產(chǎn)品良率。所以對深紫外LED倒裝后，劃片工藝采用雙面切割。3.2激光功率深紫外LED倒裝硅片的劃裂影響保持PRF=120KHz，保持激光束掃描速度背劃80mm/s、正劃85mm/s不變，改變PWF值(400-1000)。⑴PWF=400，激光功率0.33W，激光功率較低，對硅片刻蝕深度較低，激光能量不足以使Si氣化，造成裂片存在斜裂
6、現(xiàn)象，并且可以看出Y軸方向裂片完全未按切割道裂開；⑵PWF=700，激光功率1.36W，激光功率升高后，對硅片刻蝕深度明顯增大，裂片時Y軸方向未按切割道裂片情況明顯減少，但是有部分芯片斜裂；⑶PWF=1000，激光功率1.80W，可以看出，將功率繼續(xù)到最高后，對硅片的刻蝕也繼續(xù)增大，但裂片后亂裂卻更加嚴(yán)重，功率過高刻蝕硅片時，使硅片熔融回填較多，冷卻后與晶圓熔為一體，使切割道更為堅固，裂片時無法按照原先切割道裂片，造成較多的亂裂、斜裂。3.3激光頻率PRF對深紫外LED劃裂片的影響6保持PWF=70
7、0，保持激光束掃描速度背劃80mm/s、正劃85mm/s不變，改變重復(fù)頻率(90kHz-150kHz)。⑴頻率為90kHz時，激光功率1.67w，可以看出平均功率過高，又會出現(xiàn)嚴(yán)重的熔融回填現(xiàn)象，使造成較多亂裂、斜裂；⑵頻率為120kHz時，裂片效果與上文4.2.（3）相同；⑶頻率為150kHz時，激光功率1.17w，頻率過高，使脈沖峰值功率降低，平均功率也較小，使切割硅片的深度不夠，造成裂片存在部分斜裂。3.4激光掃描速度對深紫外LED劃裂片的影響根據(jù)激光功率和頻率對硅片切割后的裂片效果，保持頻率
8、PRF=120KHz不變，調(diào)整PWF=650，激光輸出功率為1.30W，對比速度改變時(背切速度50mm/s、70mm/s、90mm/s，正切速度55mm/s、75mm/s、95mm/s)。⑴切割速度為50mm/s時，可以看出切割速度較慢，激光刻蝕硅片時間相對較長，刻蝕較深，激光密度較大，造成較多亂裂、斜裂；⑵切割速度為70mm/s時，切割速度增加后，減少了激光作用時間，即激光密度相對減小，刻蝕深度變淺，裂片后斜裂明顯減小，但裂片仍存在未按切割道裂片的現(xiàn)象；⑶切割速度
