一、照明用LED光源照亮未來(lái)

溫室效應(yīng)造成的全球氣候變暖等負(fù)面效應(yīng)，促成了世界范圍綠色節(jié)能運(yùn)動(dòng)的興起。在照明方面，當(dāng)今世界不斷尋求更高效節(jié)能的光源作為傳統(tǒng)照明光源的替代品，LED光源是較佳的選擇，隨之而來(lái)的是近年來(lái)高亮度LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)而迅速的擴(kuò)大。LED制造中激光晶圓刻劃工藝的引入，使得LED在手機(jī)、電視以及觸摸屏等LCD背光照明大量使用，而較令人興奮地是白光LED在照明方面的應(yīng)用。

當(dāng)今世界，大約有120億只白熾燈仍在使用，每年產(chǎn)生大約40，000萬(wàn)億流明-小時(shí)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(guó)而言，照明消耗的能源竟高達(dá)全國(guó)汽車消耗能源的一半。美國(guó)能源部通過對(duì)俄勒岡州家庭照明的較近調(diào)查表明LED作為照明源較傳統(tǒng)的白熾燈和鹵素?zé)艄?jié)省大約80%的電能。

隨著市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)，LED制造業(yè)對(duì)于產(chǎn)能和成品率的要求變得越來(lái)越高。激光加工技術(shù)迅速成為L(zhǎng)ED制造業(yè)普遍的工具，甚者成為了高亮度LED晶圓加工的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

激光刻劃LED刻劃線條較傳統(tǒng)的機(jī)械刻劃窄得多，所以使得材料利用率顯著提高，因此提高產(chǎn)出效率。另外激光加工是非接觸式工藝，刻劃帶來(lái)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(chǎn)出效率高、產(chǎn)能高，同時(shí)成品LED器件的可靠性也大大提高。

Spectra-Physics工業(yè)激光器具有高峰值功率以及卓越的光束質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)，是LED加工的理想工具，為L(zhǎng)ED工業(yè)帶來(lái)潔凈的刻劃線條、更高的產(chǎn)能以及成品LED更高的亮度。

激光刻劃的優(yōu)勢(shì)：

·可以干凈整齊的刻劃硬脆性材料；

·非接觸式工藝低運(yùn)營(yíng)成本；

·減少崩邊、微裂紋、分層等缺陷的出現(xiàn)；

·刻劃線條窄提高了單片晶圓上的分粒數(shù)量；

·減少微裂紋提高了成品LED器件的長(zhǎng)期可靠性；

·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(lán)寶石（Sapphire）與氮化鎵（GaN）屬于硬脆性材料（抗拉強(qiáng)度接近鋼鐵），因此很難被切割分成單體的LED器件。采用傳統(tǒng)的機(jī)械鋸片切割這些材料時(shí)容易帶來(lái)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(chǎn)出效率。

激光加工是非接觸式加工，作為傳統(tǒng)機(jī)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(xì)光斑作用的晶圓表面迅速氣化材料，在LED有源區(qū)之間制造非常細(xì)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(duì)砷化鎵（GaAS）以及其他脆性化合物半導(dǎo)體晶圓材料尤為擅長(zhǎng)。激光加工LED晶圓，典型的刻劃深度為襯底厚度的1/3到1/2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(shí)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(zhì)量、高峰值功率、高重復(fù)頻率等優(yōu)良品質(zhì)。

并不是所有的激光均適合LED刻劃，原因在于晶圓材料對(duì)于可見光波長(zhǎng)激光的透射性。GaN對(duì)于波長(zhǎng)小于365nm的光是透射的，而藍(lán)寶石晶圓對(duì)于波長(zhǎng)大于177nm的激光是半透射的，因此波長(zhǎng)為355nm和266nm的三、四倍頻的調(diào)Q全固態(tài)激光器（DPSSL）是LED晶圓激光刻劃的較佳選擇。盡管準(zhǔn)分子激光器也可以實(shí)現(xiàn)LED刻劃所需的波長(zhǎng)，但是倍頻的全固態(tài)調(diào)Q激光器體積更小，較準(zhǔn)分子激光器維護(hù)少得多，質(zhì)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(kuò)張大大減少，LED單體之間距離更近，這樣既提高了出產(chǎn)效率也提高了產(chǎn)能。一般來(lái)講，2英寸的晶圓可以分離出20,000個(gè)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(huì)顯著影響分粒數(shù)量，減少微裂紋對(duì)于分粒后的LED器件的長(zhǎng)期可靠性也會(huì)有明顯的提高。激光刻劃較傳統(tǒng)的刀片切割不但提高了產(chǎn)出效率，同時(shí)提高了加工速度，避免的刀片磨損帶來(lái)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。