LED晶圆激光刻划技术

中心议题：
    * LED晶圆激光刻划技术

一、照明用LED光源照亮未来

温室效应造成的全球气候变暖等负面效应，促成了世界范围绿色节能运动的兴起。在照明方面，当今世界不断寻求更高效节能的光源作为传统照明光源的替代品，LED光源是最佳的选择，随之而来的是近年来高亮度LED在照明领域的应用持续而迅速的扩大。LED制造中激光晶圆刻划工艺的引入，使得LED在手机、电视以及触摸屏等LCD背光照明大量使用，而最令人兴奋地是白光LED在照明方面的应用。

当今世界，大约有120亿只白炽灯仍在使用，每年产生大约40，000万亿流明-小时的照明量，这造成了巨大的能量消耗，等同于每年消耗接近10亿吨燃煤。拿美国而言，照明消耗的能源竟高达全国汽车消耗能源的一半。美国能源部通过对俄勒冈州家庭照明的最近调查表明LED作为照明源较传统的白炽灯和卤素灯节省大约80%的电能。

随着市场的持续增长，LED制造业对于产能和成品率的要求变得越来越高。激光加工技术迅速成为LED制造业普遍的工具，甚者成为了高亮度LED晶圆加工的工业标准。

激光刻划LED刻划线条较传统的机械刻划窄得多，所以使得材料利用率显著提高，因此提高产出效率。另外激光加工是非接触式工艺，刻划带来晶圆微裂纹以及其他损伤更小，这就使得晶圆颗粒之间更紧密，产出效率高、产能高，同时成品LED器件的可靠性也大大提高。

Spectra-Physics工业激光器具有高峰值功率以及卓越的光束质量等优势，是LED加工的理想工具，为LED工业带来洁净的刻划线条、更高的产能以及成品LED更高的亮度。

激光刻划的优势

- 可以干净整齐的刻划硬脆性材料
- 非接触式工艺低运营成本
- 减少崩边、微裂纹、分层等缺陷的出现
- 刻划线条窄提高了单片晶圆上的分粒数量
- 减少微裂纹提高了成品LED器件的长期可靠性
- 大范围的加工容差使得工艺可控性良好，是低成本高可靠性的工艺。

二、LED激光刻划概述

单晶蓝宝石（Sapphire）与氮化镓（GaN）属于硬脆性材料（抗拉强度接近钢铁），因此很难被切割分成单体的LED器件。采用传统的机械锯片切割这些材料时容易带来晶圆崩边、微裂纹、分层等损伤，所以采用锯片切割LED 晶圆，单体之间必须保留较宽的宽度才能避免切割开裂伤及LED器件，这样就很大程度上降低了LED晶圆的产出效率。

激光加工是非接触式加工，作为传统机械锯片切割的替代工艺，激光划片切口非常小，聚焦后的激光微细光斑作用的晶圆表面迅速气化材料，在LED有源区之间制造非常细小的切口，从而能够在有限面积的晶圆上面切割出更多LED单体。激光刻划对砷化镓（GaAS）以及其他脆性化合物半导体晶圆材料尤为擅长。激光加工LED晶圆，典型的刻划深度为衬底厚度的1/3到1/2这样分割就能够得到干净的断裂面，制造窄而深的激光刻划裂缝同时要保证高速的刻画速度这就要求激光器具备窄脉宽、高光束质量、高峰值功率、高重复频率等优良品质。

并不是所有的激光均适合LED刻划，原因在于晶圆材料对于可见光波长激光的透射性。GaN对于波长小于365nm的光是透射的，而蓝宝石晶圆对于波长大于177nm的激光是半透射的，因此波长为355nm和266nm的三、四倍频的调Q全固态激光器（DPSSL）是LED晶圆激光刻划的最佳选择。尽管准分子激光器也可以实现LED刻划所需的波长，但是倍频的全固态调Q激光器体积更小，较准分子激光器维护少得多，质量方面全固激光器刻划线条非常窄，更适合于激光LED刻划。

激光刻划使得晶圆微裂纹以及微裂纹扩张大大减少， LED单体之间距离更近，这样既提高了出产效率也提高了产能。一般来讲，2英寸的晶圆可以分离出20,000个以上的LED单体器件，如此高的密度，因而切割的切缝宽度就会显著影响分粒数量，减少微裂纹对于分粒后的LED器件的长期可靠性也会有明显的提高。激光刻划较传统的刀片切割不但提高了产出效率，同时提高了加工速度，避免的刀片磨损带来的加工缺陷与成本损耗，总之激光加工精度高，加工容差大，成本低。

DPSS全固态激光器的关键市场要求

- 高可靠性
- 长连续运行时间
- 一键开启参数优化的激光LED刻划工艺

——266nm 全固激光器用于LED晶圆正面刻划
——355nm用于背面刻划

- 全球化服务、技术支持网络
- 短脉冲宽度高峰值功率以达到深度刻划，热损伤最小化
- 优质的光束质量以达到刻划宽度最小
- 激光器供应商具备雄厚的应用开发实力和经验

LED激光刻划Spectra-Physics（光谱物理）激光器选型


三、Spectra-Physics（光谱物理）激光器概述

长期以来，光谱-物理一直被是激光技术领域服务全球客户领导者。50年的发展历程光谱-物理设计、研发、制造了一系列世界首台商用激光器用于工业市场，其中包括LED激光刻划用的激光器。

总体来讲，激光用于LED的刻划优势是明确的，不过也面临着许多技术挑战，比如不同材料、厚度、不同案例的刻划速度等带来的差异。为此光谱-物理提供多个系列用于激光刻划、分粒的激光器产品，是这方面工业加工的领导者，不断推出创新的高精度激光器，例如Tristar TM, Navigator TM, HIPPOTM等系列高功率纳秒激光器产品，以及Vanguard TM系列皮秒激光器。如果需要用到飞秒激光器，光谱-物理的Solstice®激光器可以提供100fs全自动的飞秒脉冲激光，产品专为工业应用设计，坚固可靠。

当短脉冲高峰值功率的光谱-物理激光器作用于LED衬底刻划，作用效果是：刻划线条干净，材料位置移动小，对衬底的热效应损伤非常小。光谱-物理为您提供更深层次的应用知识、经验帮助您的工艺实现最佳效果。

我们的技术、经验以及创新精神使我们激光器卓尔不群。光谱-物理全固态激光器采用的ProLite® 二极管泵浦源具有工业界领导地位，其寿命是竞争对手产品的两倍。此外光谱-物理的EternAlign TM 光学器件装乘技术保证了激光器整个寿命期间内外良好的光学对准性。

光谱-物理独特的腔外倍频技术是全固体Q激光里面的最高品质。另外激光器关键器件诸如泵浦二极管、光纤、shutter、输出窗口等是可以简单的现场维修更换的，这就使得光谱-物理全固态激光器连续运行时间以及平均维修时间（MTTR）成倍的延长，把您的使用、维护成本将为最低。为您供应的每一台光谱-物理激光器背后都有Newport全球激光器服务于技术支持团队的坚实信心和保证。

Spectra-Physics光谱-物理激光器的优势

- 长连续工作时间——源自于产品的高可靠性、优良的设计与技术支持

- 泵浦二极管寿命——二倍于工业激光器泵浦二极管的平均寿命

- 技术支持——全球的技术支持售后服务网络面向于大面积装机量提供优质服务

- 市场验证——成千上万的已装机光谱-物理激光器证明了24/7的工业使用状态下激光器优良的工作性能。

- 短脉冲宽度——意味着更高的峰值功率和最小化的热影响区域

- 近乎完美的光束质量——刻划宽度更窄

- 更优质的脉冲-脉冲能量稳定度——以实现精度更高的刻划深度控制

- 成功经验——全球广泛的成功案例，Spectra-Physics领先的激光应用实验室，能最短时间掌握您现有材料对工艺需求，为您提供最佳的激光刻划解决方案。