LED藍寶石襯底研磨三部曲

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2014-01-17

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 LED芯片研磨制程的首要動作即“上臘”,，這與硅芯片的CMP化學研磨的貼膠意義相同。將芯片固定在鐵制(Lapping制程)或陶瓷(Grounding制程)圓盤上,。先將固態(tài)蠟均勻的涂抹在加熱約90~110℃的圓盤上,，再將芯片正面置放貼附于圓盤，經(jīng)過加壓,、冷卻后,，芯片則確實固定于盤面，完成上臘的動作,。

　　一,、研磨首部曲——上蠟

　　上臘的制程，必須控制臘的厚度在2~3um,，這與固蠟的選擇,、加壓方式及條件都有直接影響，并且直接關系著研磨后的完工厚度均勻性,。而上臘機的加壓,、冷卻機構部分，大致可分成兩種,，一為使用兩圓盤直接加壓方式,， led商業(yè)照明，另一種則是除了加壓圓盤外,，還增加了一個真空艙,，在加壓時將艙體抽真空，增加將蠟均勻壓平的效果,。

　　這兩種方式,，嚴格來說差異并不大,。但是某些芯片，卻不適用于真空加壓的方式上臘,，例如芯片若是在磊晶制程前就已經(jīng)在芯片正面的平邊作刻號,，當加壓抽真空時，因為平邊的刻號隆起,，會造成芯片下的臘被真空吸出,， led質量，導致臘厚不足,。研磨時,，平邊區(qū)域非常容易就被磨掉。除了造成研磨缺角,，也因裂痕的產(chǎn)生，恒光電器,照亮您的生活,，容易使芯片破裂,。

　　然而，CE認證,，加壓,、冷卻的設計也有不同，一般下圓盤都會有冷卻水管路盤繞在盤內,。但是有的是加壓后數(shù)十秒或兩分鐘才開始加冷卻水作冷卻,，而有的則是邊加壓、邊冷卻,。

　　當上臘作業(yè)時,，LED球泡燈，有一個難題,，即芯片上臘時的氣泡,。氣泡會使芯片無法完全貼附于鐵盤或陶瓷盤上，研磨后會造成小裂痕,。(若芯片研磨后產(chǎn)生小十字型或人字型裂痕,，則是上臘時有微塵未被清除而造成。)但是,，星級酒店照明燈具,，近來已經(jīng)有自動上臘機，如WEC,、TECDIA,。在Robot取片時，就能將氣泡大小控制在0.5mm以下,，在經(jīng)過加壓冷卻后,，醫(yī)院led照明,，芯片上臘的狀況就十分良好。但是若以SpeedFAM的手動上臘機進行上臘時,，去除臘中1mm大小的氣泡,，就必須依靠操作者的經(jīng)驗與方法，才能獲得最佳的上臘效果,。

　　二,、LED芯片研磨二部曲——研磨

　　在上臘制程作業(yè)完成后，接下來的制程就是破壞力最高的“研磨制程”,。

　　過去最成熟的研磨制程就是Lapping,，即是將芯片使用氧化鋁研磨粉作第一次研磨。其作業(yè)方式是使用千分表量測與設定鐵盤外圍的鉆石點,，大功率led照明,，再將其放置于磨盤上，使用研磨粉作研磨,。使用鉆石點的目的在于讓芯片研磨至設定厚度時,，由于鉆石的硬度最高，所以芯片就不致于再被磨耗,。

　　但是,，由于藍光LED基板為藍寶石，硬度高,，所以使用Lapping的方式研磨時,，會導致制程時間過長。因此,，近幾年來以Grinding的方式進行藍光LED的芯片研磨,，降低制程工時。

　　Grinding制程設備可分成臥式與立式兩種,，臥式研磨機所指的是研磨馬達與水平面平行,，可適用于八片式以下的研磨設計。但是若為12片式研磨時,，因陶瓷盤過大,，星級酒店照明燈具，則無法使用此設計方式,。立式研磨機所指的是研磨馬達與水平面垂直,，而八片式以上的研磨機以此設計為主。

　　在Grinding的制程方式中,，使用鉆石砂輪搭配冷卻液(冷卻油+RO水或DI水)或鉆石切削液來研磨芯片,。雖然冷卻方式會依原設計者的制程理念與經(jīng)驗而有所不同，但是并不影響制程的結果,。此制程作業(yè)之中,，最主要的在于工作軸與砂輪軸的調整必須呈平行,。再來，就是砂輪的磨石結構,。

　　由于Grinding研磨制程的速度效率高,，若可以在研磨時將芯片厚度盡可能的減薄，則拋光的工時與成本就能降低,。但是,，研磨是高破壞性的制程作業(yè)，LED天花燈,，所以芯片減薄有一個極限值,；另外，研磨制程中因鉆石所造成的刮痕約為15um,，所以完工厚度值也影響著研磨減薄的厚度設定,。

　　然而，在使用過的Grinding研磨機里,，照明方案,，不論是T牌、W牌,、SF牌等,，最大的極限值都在95~105um,。因為藍寶石基板的硬度與翹曲,，而使得完工后在100um以下的結果相當不穩(wěn)定。

　　所以,，LED的研磨制程主要在設備設計與使用者經(jīng)驗的搭配,。但是芯片的本質，照明方案,，仍是影響結果的主因,。

三、LED芯片研磨三部曲——拋光

　　在芯片研磨之后,，ROSH認證,，接下來的制程作業(yè)就是“拋光”。目的在處理Lapping研磨后產(chǎn)生的深孔,，或Grinding研磨后的深刮痕,。一般而言，Lapping研磨后的孔洞深度約為10um,，Grinding研磨后的刮痕深度為15um~20um,。

　　以Lapping研磨后的拋光制程而言，店鋪照明,，拋光盤多數(shù)使用聚氨酯Pad,，即一般所謂的軟拋,。軟拋可以使制程作業(yè)后的表面光亮如鏡，但是其切削速率極低,，約為0.2um/min,。另一個拋光方式是使用錫、鉛盤,，因其盤面為金屬材質,，所以一般稱為硬拋。硬拋的切削速率可以達到0.7~1um/min,，加工速度比軟拋快,。然而，使用金屬盤做拋光的風險較高,。雖然為錫,、鉛為軟質金屬，但是盤面的狀況必須十分小心的作監(jiān)控,，尤其是盤面的修整,。若在修整后，有金屬顆粒未除凈,，拋光后易碎,。

　　因此，為了增加切削速率與盤面的穩(wěn)定性,，近年來有了新式的拋光盤,，其盤面是樹酯，基座是銅,。就是現(xiàn)在所謂的“樹酯銅盤”,。因為盤面材質的硬度介于聚氨酯與錫之間，也被稱作是硬拋的一種方式,。使用樹酯銅盤做拋光,，再搭配特制鉆石拋光液與每秒的噴灑量，切削率可達2.3~2.8um/min,。搭配Grinding的研磨制程,，就能增加大量的生產(chǎn)產(chǎn)出。當然,，鉆石拋光液的消耗量也會隨之增加,，但是在產(chǎn)能提升與損失風險較低的生產(chǎn)型態(tài)之下，每片芯片的生產(chǎn)成本未必會有增加,。

　　四,、探討樹酯銅盤的高切削率搭配

　　第一要素是銅盤溝槽與溝槽之間的間隙，溝槽與溝槽之間的間隙寬度最好為溝槽寬度的1.3~1.5倍。再來是拋光液的噴出量,，必須依據(jù)無塵室環(huán)境與銅盤冷卻溫度而去作適當?shù)脑O定,、調整。

　　鉆石拋光液大多使用多晶鉆石顆粒,，不僅切削穩(wěn)定,，若與其他溶劑的配方比例佳，切削速率并不遜色,。

　　對比W牌與T牌的拋光機,，以T牌的設計自動化最佳，但是W牌的設計補救能力最強,。所以,，在使用考慮上，選擇W牌,，避免研磨或拋光發(fā)生厚度不均勻的異常時,，還能對大量的異常施以補救。

　　目前,，使用W牌的一臺上蠟,、兩臺研磨、一臺拋光的五片機系列,，加上個人的特殊制程改善,，最高紀錄可以在15小時產(chǎn)出300片。若以四班二輪作平均計算,，一天一個班(12小時)可以產(chǎn)出250片左右,。

　　所以，在適當?shù)脑O備搭配與使用經(jīng)驗作改善之下,，其實拋光是芯片減薄里,，工程照明,，最穩(wěn)定的制造生產(chǎn),。