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    LED晶圓激光刻劃技術
    材料來源:Newport           錄入時間:2011-6-8 16:41:28

    一、照明用LED光源照亮未來

    溫室效應造成的全球氣候變暖等負面效應,促成了世界范圍綠色節能運動的興起。營銷策劃公司 在照明方面,當今世界不斷尋求更高效節能的光源作為傳統照明光源的替代品,LED光源是最佳的選擇,隨之而來的是近年來高亮度LED在照明領域的應用持續而迅速的擴大 手術室凈化工程。LED制造中激光晶圓刻劃工藝的引入,使得LED在手機、電視以及觸摸屏等LCD背光照明大量使用,而最令人興奮地是白光LED在照明方面的應用。

     

    當今世界,大約有120億只白熾燈仍在使用,每年產生大約40,000萬億流明-小時的照明量,這造成了巨大的能量消耗,等同于每年消耗接近10億噸燃煤。拿美國而言,照明消耗的能源竟高達全國汽車消耗能源的一半。美國能源部通過對俄勒岡州家庭照明的最近調查表明LED作為照明源較傳統的白熾燈和鹵素燈節省大約80%的電能。

     

    隨著市場的持續增長,LED制造業對于產能和成品率的要求變得越來越高。激光加工技術迅速成為LED制造業普遍的工具,甚者成為了高亮度LED晶圓加工的工業標準。

     

    激光刻劃LED刻劃線條較傳統的機械刻劃窄得多,所以使得材料利用率顯著提高,因此提高產出效率。另外激光加工是非接觸式工藝,刻劃帶來晶圓微裂紋以及其他損傷更小,這就使得晶圓顆粒之間更緊密,產出效率高、產能高,同時成品LED器件的可靠性也大大提高。

     

    Spectra-Physics工業激光器具有高峰值功率以及卓越的光束質量等優勢,是LED加工的理想工具,為LED工業帶來潔凈的刻劃線條、更高的產能以及成品LED更高的亮度。

     

    激光刻劃的優勢

    l  可以干凈整齊的刻劃硬脆性材料

    l  非接觸式工藝低運營成本

    l  減少崩邊、微裂紋、分層等缺陷的出現

    l  刻劃線條窄提高了單片晶圓上的分粒數量

    l  減少微裂紋提高了成品LED器件的長期可靠性

    l  大范圍的加工容差使得工藝可控性良好,是低成本高可靠性的工藝。

     

    二、LED激光刻劃概述

        單晶藍寶石(Sapphire)與氮化鎵(GaN)屬于硬脆性材料(抗拉強度接近鋼鐵),因此很難被切割分成單體的LED器件。采用傳統的機械鋸片切割這些材料時容易帶來晶圓崩邊、微裂紋、分層等損傷,所以采用鋸片切割LED 晶圓,單體之間必須保留較寬的寬度才能避免切割開裂傷及LED器件,這樣就很大程度上降低了LED晶圓的產出效率。

     

        激光加工是非接觸式加工,作為傳統機械鋸片切割的替代工藝,激光劃片切口非常小,聚焦后的激光微細光斑作用的晶圓表面迅速氣化材料,在LED有源區之間制造非常細小的切口,從而能夠在有限面積的晶圓上面切割出更多LED單體。激光刻劃對砷化鎵(GaAS)以及其他脆性化合物半導體晶圓材料尤為擅長。激光加工LED晶圓,典型的刻劃深度為襯底厚度的1/31/2這樣分割就能夠得到干凈的斷裂面,制造窄而深的激光刻劃裂縫同時要保證高速的刻畫速度這就要求激光器具備窄脈寬、高光束質量、高峰值功率、高重復頻率等優良品質。

     

        并不是所有的激光均適合LED刻劃,原因在于晶圓材料對于可見光波長激光的透射性。GaN對于波長小于365nm的光是透射的,而藍寶石晶圓對于波長大于177nm的激光是半透射的,因此波長為355nm266nm的三、四倍頻的調Q全固態激光器(DPSSL)是LED晶圓激光刻劃的最佳選擇。盡管準分子激光器也可以實現LED刻劃所需的波長,但是倍頻的全固態調Q激光器體積更小,較準分子激光器維護少得多,質量方面全固激光器刻劃線條非常窄,更適合于激光LED刻劃。

     

    激光刻劃使得晶圓微裂紋以及微裂紋擴張大大減少, LED單體之間距離更近,這樣既提高了出產效率也提高了產能。一般來講,2英寸的晶圓可以分離出20,000個以上的LED單體器件,如此高的密度,因而切割的切縫寬度就會顯著影響分粒數量,減少微裂紋對于分粒后的LED器件的長期可靠性也會有明顯的提高。激光刻劃較傳統的刀片切割不但提高了產出效率,同時提高了加工速度,避免的刀片磨損帶來的加工缺陷與成本損耗,總之激光加工精度高,加工容差大,成本低。

     

     

    DPSS全固態激光器的關鍵市場要求

    l  高可靠性

    l  長連續運行時間

    l  一鍵開啟參數優化的激光LED刻劃工藝

    ——266nm 全固激光器用于LED晶圓正面刻劃

    ——355nm用于背面刻劃

    l  全球化服務、技術支持網絡

    l  短脈沖寬度高峰值功率以達到深度刻劃,熱損傷最小化

    l  優質的光束質量以達到刻劃寬度最小

    l  激光器供應商具備雄厚的應用開發實力和經驗

     

    三、Spectra-Physics(光譜物理)激光器概述

    長期以來,光譜-物理一直被是激光技術領域服務全球客戶領導者。50年的發展歷程光譜-物理設計、研發、制造了一系列世界首臺商用激光器用于工業市場,其中包括LED激光刻劃用的激光器。

     

    總體來講,激光用于LED的刻劃優勢是明確的,不過也面臨著許多技術挑戰,比如不同材料、厚度、不同案例的刻劃速度等帶來的差異。為此光譜-物理提供多個系列用于激光刻劃、分粒的激光器產品,是這方面工業加工的領導者,不斷推出創新的高精度激光器,例如Tristar TM, Navigator TM, HIPPOTM等系列高功率納秒激光器產品,以及Vanguard TM系列皮秒激光器。如果需要用到飛秒激光器,光譜-物理的Solstice®激光器可以提供100fs全自動的飛秒脈沖激光,產品專為工業應用設計,堅固可靠。

     

    當短脈沖高峰值功率的光譜-物理激光器作用于LED襯底刻劃,作用效果是:刻劃線條干凈,材料位置移動小,對襯底的熱效應損傷非常小。光譜-物理為您提供更深層次的應用知識、經驗幫助您的工藝實現最佳效果。

     

    我們的技術、經驗以及創新精神使我們激光器卓爾不群。光譜-物理全固態激光器采用的ProLite® 二極管泵浦源具有工業界領導地位,其壽命是競爭對手產品的兩倍。此外光譜-物理的EternAlign TM 光學器件裝乘技術保證了激光器整個壽命期間內外良好的光學對準性。

     

    光譜-物理獨特的腔外倍頻技術是全固體Q激光里面的最高品質。另外激光器關鍵器件諸如泵浦二極管、光纖、shutter、輸出窗口等是可以簡單的現場維修更換的,這就使得光譜-物理全固態激光器連續運行時間以及平均維修時間(MTTR)成倍的延長,把您的使用、維護成本將為最低。為您供應的每一臺光譜-物理激光器背后都有Newport全球激光器服務于技術支持團隊的堅實信心和保證。

     

    Spectra-Physics光譜-物理激光器的優勢

    l  長連續工作時間——源自于產品的高可靠性、優良的設計與技術支持

    l  泵浦二極管壽命——二倍于工業激光器泵浦二極管的平均壽命

    l  技術支持——全球的技術支持售后服務網絡面向于大面積裝機量提供優質服務

    l  市場驗證——成千上萬的已裝機光譜-物理激光器證明了24/7的工業使用狀態下激光器優良的工作性能。

    l  短脈沖寬度——意味著更高的峰值功率和最小化的熱影響區域

    l  近乎完美的光束質量——刻劃寬度更窄

    l  更優質的脈沖-脈沖能量穩定度——以實現精度更高的刻劃深度控制

    l  成功經驗——全球廣泛的成功案例,Spectra-Physics領先的激光應用實驗室,能最短時間掌握您現有材料對工藝需求,為您提供最佳的激光刻劃解決方案。

     

           LED激光刻劃Spectra-Physics(光譜物理)激光器選型

     


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