激光加工设备对led行业的技术应用

激光加工设备对led行业的技术应用

        起源于20世纪60年代初期的激光技术，是20世纪能够与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。激光技术走过了50年的快速发展路程，其对人类社会的发展产生了深远的影响。目前，从高端的光纤到常见的条形码扫描仪，每年和激光相关产品和服务的市场价值可是高达上万亿美元！2011年，全国激光产业总产值约1100亿元。其中，激光设备销售收入约300亿元，产业链下游的激光加工服务业约350亿元，激光制品约450亿元。

　　激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

　　激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。

　　一、激光加工的优势

　　激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。

　　激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势：

　　①由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。

　　②它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。

　　③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。

　　④激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。

　　⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。

　　⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。

　　⑦使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。

　　二、LED激光加工技术

　　2013年被誉为中国LED市场扩展的重要年份，同时LED照明产业销售额可能会达到10亿元人民币。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，LED制造商正在寻找可以优化划片宽度、划片速度与加工产量的新工艺进展。LED激光剥离（LLO）和激光晶圆划片设备给LED制造商提供了高性价比的工业工具，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着提高，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。

　　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jia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着影响分粒数量，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。