專利名稱：：一種新型用于切割大功率led芯片用銅基板的紫外激光設備的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種新型用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外激光設備，屬于激光精密加工
技術領域：
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背景技術：
：眾所周知，半導體晶圓片往往是在晶格類似的基底材料上采用氣相沉積的方法生長半導體材料，在半導體器件終端應用封裝前需要將若干英寸的晶圓片切割成更小尺寸的晶粒。如今半導體芯片更關注芯片的散熱問題，因此晶圓的基材趨向于選用銅金屬材料，基底材料的變化對激光切割設備提出了新的要求。一般的LED芯片都是用藍寶石作為基材，目前主要的研究工作集中在銅基材的切割工藝方面，藍寶石基材的LED芯片在應用的時候散熱性能差，熱量集中，容易老化，使用的壽命短，成本比較高；而銅基材的LED芯片，銅基材的散熱比較好，熱量分散快，使用壽命長，成本比較低。傳統(tǒng)的晶圓切割是采用砂輪、金剛石刀等機械方式加工，然而機械加工方式存在加工速度慢、切割槽線寬、良率低的缺點，尤其在切割像藍寶石質(zhì)地堅硬的基材時，機械切割效率低、費用高，切割2英寸的晶圓片一般為12片/小時，每個金剛石刀片僅能切23片。在切割銅基材時機械加工方式除了上述的效率低、費用高以外，且切割出的外觀不良率高，隨著半導體行業(yè)的發(fā)展，半導體銅基材晶圓的種類也越來越多，這就對銅基材晶圓的切割提出了新的要求。紫外激光切割銅基板技術采用355nm或其它短波長的紫外激光非接觸式激光冷加工，具有光束質(zhì)量高(M2<1.2)、脈沖頻率高G0kHz120kHz)、脈寬窄(<20ns)的特點。此外紫外激光出色的聚焦能力很容易實現(xiàn)小于10um的切割線寬，與傳統(tǒng)的機械切割30um以上的切割線寬相比在精密切割方面具有明顯的優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外激光設備，旨在降低加工成本，簡化加工工藝，提高加工效率和加工精度。本實用新型的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)一種新型用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外激光設備，包括紫外激光器、光學圖像系統(tǒng)和加工平臺，特點是所述紫外激光器的輸出端設置有光閘，光閘的輸出端連接有擴束鏡，擴束鏡的輸出端布置有第一反射鏡，第一反射鏡銜接第二反射鏡，第二反射鏡的輸出端連接有聚焦鏡，聚焦鏡正對于加工平臺；紫外激光器發(fā)出的激光入射到光閘，激光經(jīng)過光閘垂直入射到擴束鏡，經(jīng)過擴束鏡后的激光依次入射到45度第一反射鏡和第二反射鏡，反射后的激光垂直入射到聚焦鏡，透過聚焦鏡的激光聚焦于加工平臺上；所述光學圖像系統(tǒng)包括第三反射鏡、第四反射鏡、第一CCD、第二CCD、第一照明光源、第二照明光源和第三CCD;第一照明光源出光的光軸與激光垂直入射到加工平臺的光軸一致，第一照明光源射出的光依次透過第四反射鏡、第三反射鏡、第二反射鏡和聚焦鏡，照射在加工平臺上工件的上表面；經(jīng)加工平臺上工件上表面反射的光線依次經(jīng)過聚焦鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡后，分別入射到第一CCD和第二CCD，其中第一CCD對工件正面小幅面精確定位，第二CCD對大幅面的邊緣識別；第二照明光源出光的光軸與激光垂直入射到加工平臺的光軸一致，第二照明光源自下而上垂直入射到加工平臺上工件的下表面，經(jīng)工件下表面反射的光返回到第三CCD,第三CCD對工件下表面精確定位。進一步地，上述的一種新型用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外5激光設備，其中，所述的加工平臺包括大理石基臺、X軸直線導軌、Y軸直線導軌、R軸旋轉(zhuǎn)電機和透明石英臺面，X軸直線導軌和Y軸直線導軌相對垂直安裝于大理石基臺上，R軸旋轉(zhuǎn)電機安裝于Y軸直線導軌上，在R軸旋轉(zhuǎn)電機上安裝透明石英臺面。再進一步地，上述的一種新型用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外激光設備，其中，所述紫外激光器的輸出波長為355nm。本實用新型技術方案的實質(zhì)性特點和進步主要體現(xiàn)在本實用新型可實現(xiàn)紫外激光一次性切割銅基材，銅基材LED芯片吸附于加工平臺上，激光加工時激光光軸保持不動而加工平臺相對于光軸在X、Y兩個軸向直線運動，通過改變激光器的頻率、能量、玻璃平臺的加工速度、焦距等各參數(shù)控制對銅基材的切割深度，一次性切穿銅基材，提高加工效率。在石英平臺上安裝一塊玻璃平臺，以免在切穿銅基材時損傷平臺。該設備加工過程簡潔，加工精度高，使用便捷，市場應用前景廣闊。以下結(jié)合附圖對本實用新型技術方案作進一步說明圖l:本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2:加工平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各附圖標記的含義見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具體實施方式如圖1所示，用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外激光設備，包括紫外激光器1、光學圖像系統(tǒng)和加工平臺14，紫外激光器1的輸出波長為355nm，紫外激光器1的輸出端設置有光閘2，光閘2的輸出端連接有擴束鏡3，擴束鏡3的輸出端布置有第一反射鏡4，第一反射鏡4銜接第二反射鏡5，第二反射鏡5的輸出端連接有聚焦鏡6，聚焦鏡6正對于加工平臺14;紫外激光器1發(fā)出的激光入射到光閘2，激光經(jīng)過光閘2垂直入射到擴束鏡3，經(jīng)過擴束鏡3后的激光依次入射到45度第一反射鏡4和第二反射鏡5，反射后的激光垂直入射到聚焦鏡6，透過聚焦鏡6的激光聚焦于加工平臺14上。光學圖像系統(tǒng)包括第三反射鏡7、第四反射鏡8、第一CCD9、第二CCD10、第一照明光源ll、第二照明光源12和第三CCD13;第一照明光源11出光的光軸與激光垂直入射到加工平臺14的光軸一致，第一照明光源11射出的光依次透過第四反射鏡8、第三反射鏡7、第二反射鏡5和聚焦鏡6，照射在加工平臺14上工件的上表面；經(jīng)加工平臺14上工件上表面反射的光線依次經(jīng)過聚焦鏡6、第二反射鏡5、第三反射鏡7、第四反射鏡8后，分別入射到第一CCD9和第二CCD10，其中第一CCD9對工件正面小幅面精確定位，第二CCD10對大幅面的邊緣識別；第二照明光源12出光的光軸與激光垂直入射到加工平臺14的光軸一致，第二照明光源12自下而上垂直入射到加工平臺14上工件的下表面(由于加工平臺14的載物平面為透明的石英材質(zhì)，照明光源能夠透過)，經(jīng)工件下表面反射的光返回到第三CCD13，第三CCD13具有小幅面大倍率的特性，用于工件下表面的精確定位。其中，光閘2控制激光的通斷，當不需要激光切割時光閘2阻擋入射激光防止激光的溢出。擴束鏡3具有815倍的倍率調(diào)節(jié)功能，由高斯光學原理可知對于具有擴束功能的光學聚焦系統(tǒng)擴束鏡的擴束倍率與聚焦光斑的光腰直徑成反比，因此可調(diào)倍率的擴束鏡3能有效的控制系統(tǒng)聚焦光斑的能量分布。擴束鏡3輸出的激光先入射到45。第一反射鏡4，再入射到45°第二反射鏡5，第一反射鏡4對紫外355nm激光進行45。全反，第二反射鏡5對紫外355nm激光進行45。全反、并對照明光45。增透；經(jīng)第二反射鏡5轉(zhuǎn)角后的激光垂直入射到聚焦鏡6，聚焦鏡6安裝于具有垂直升降功能的一維直線電機上，通過控制聚焦鏡6與加工平面14之間的距離靈活的調(diào)整加工平面聚焦光斑的能量分布。第四反射鏡8在45°對照明光反射透射比為1:1，第三反射鏡7在45。對照明光反射透射比為1:2，第二反射鏡5在45°對355nm波長的光全反而照明光全透。第一CCD9具有小視場大倍率的特性，用于工件正面小幅面精確定位，第二CCD10具有小視場大倍率的特性，用于工件正面小幅面精確定位。如圖2所示，加工平臺14包括大理石基臺15、X軸直線導軌16、Y軸直線導軌17、R軸旋轉(zhuǎn)電機18和透明石英臺面19，X軸直線導軌16和Y軸直線導軌17相對垂直安裝于大理石基臺15上，R軸旋轉(zhuǎn)電機18安裝于Y軸直線導軌17上，在R軸旋轉(zhuǎn)電機18上安裝透明石英臺面19。其中，大理石基臺15具有很好的抗振性能，有效的提高加工平臺的穩(wěn)定性；X軸直線導軌16和Y軸直線導軌17都帶有高分辨率的光柵尺作為反饋控制，其定位精度可達微米量級；石英臺面19的表面加工有毛細通孔實現(xiàn)真空吸附，并且第二照明光源12可以透過石英臺面19實現(xiàn)對工件下表面取像定位的功能。石英平臺19表面有真空吸附的孔，在石英平臺19上再加上一層厚1.6mm的玻璃平臺，玻璃平臺的外徑比石英平臺19略大點，在玻璃平臺上鉆與石英平臺相對應的通孔，以便能在玻璃平臺上吸附銅基材LED芯片。具體應用時，玻璃平臺先貼在石英平臺19上，兩者孔對應一致，調(diào)8試好第一CCD9、第二CCDIO、第三CCD13影像與激光光路同軸，將銅基材的LED芯片的正面貼在白膜上，白膜吸附在玻璃平臺上，芯片的背面向上，用背切正裂，用lmm厚的陶瓷片壓在芯片上，陶瓷片中間有空的圖形，其圖形與晶圓的外觀圖形一致，陶瓷片壓上時其中間圖形的內(nèi)邊與晶圓的外邊相切，切割銅基材的加工參數(shù)，紫外激光器所用參數(shù)為頻率50KHZ,激光到平臺能量為2.5W左右，平臺X和Y向的切割速度都是10mm/sec，如果銅基材LED芯片上的單個晶粒l*lmm，切割整片晶圓所用時間為7分鐘左右。用第三CCD13觀測晶圓正面的劃道，定位好加工的位置，以提高精度，為保證能一次性切穿90um的芯片，用第三CCD13觀測切割過程，是否在第三CCD13中能看到激光透過了芯片，通過改變平臺的切割速度或改變激光器的頻率來調(diào)試切割的深度。因銅基材的粘性比較好，如果激光沒切到晶圓的邊界，切割好后的芯片還是會粘起來，在切割設置過程中，切割晶圓的邊界的設置要比晶圓的邊界略向外O.lmm左右，使每一道激光穿過晶圓的外邊界都能切到陶瓷片上。綜上所述，本實用新型設計獨特、結(jié)構(gòu)新穎，光束質(zhì)量高、脈沖頻率高、脈寬窄、聚焦能力強，在加工平臺上加一層玻璃平臺，2英寸銅基材LED芯片，銅基材芯片的厚度為90um，銅基材LED芯片吸附于加工玻璃平臺上，激光器發(fā)出的紫外激光進入激光傳輸系統(tǒng)后垂直入射到加工平臺上，激光切割前通過光學圖像系統(tǒng)對待加工的銅基材LED芯片進行定位以及切割軌跡的規(guī)劃，激光加工時激光光軸保持不動而加工平臺相對于光軸在X、Y兩個軸向直線運動。采用紫外激光對銅基材晶圓進行切割與普通的機械加工方式相比，降低了加工成本，簡化了加工工藝，顯著提高加工效率和加工精度。上述說明并非是對本實用新型的限制，在本實用新型構(gòu)思范圍內(nèi)，所進行的添加、變換、替換等，也應屬于本實用新型的保護范圍。權利要求1.一種新型用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外激光設備，包括紫外激光器(1)、光學圖像系統(tǒng)和加工平臺(14)，其特征在于所述紫外激光器(1)的輸出端設置有光閘(2)，光閘(2)的輸出端連接有擴束鏡(3)，擴束鏡(3)的輸出端布置有第一反射鏡(4)，第一反射鏡(4)銜接第二反射鏡(5)，第二反射鏡(5)的輸出端連接有聚焦鏡(6)，聚焦鏡(6)正對于加工平臺(14)；紫外激光器(1)發(fā)出的激光入射到光閘(2)，激光經(jīng)過光閘(2)垂直入射到擴束鏡(3)，經(jīng)過擴束鏡(3)后的激光依次入射到45度第一反射鏡(4)和第二反射鏡(5)，反射后的激光垂直入射到聚焦鏡(6)，透過聚焦鏡(6)的激光聚焦于加工平臺(14)上；所述光學圖像系統(tǒng)包括第三反射鏡(7)、第四反射鏡(8)、第一CCD(9)、第二CCD(10)、第一照明光源(11)、第二照明光源(12)和第三CCD(13)，第一照明光源(11)出光的光軸與激光垂直入射到加工平臺(14)的光軸一致，第一照明光源(11)射出的光依次透過第四反射鏡(8)、第三反射鏡(7)、第二反射鏡(5)和聚焦鏡(6)，照射在加工平臺(14)上工件的上表面；經(jīng)加工平臺(14)上工件上表面反射的光線依次經(jīng)過聚焦鏡(6)、第二反射鏡(5)、第三反射鏡(7)、第四反射鏡(8)后，分別入射到第一CCD(9)和第二CCD(10)；第二照明光源(12)出光的光軸與激光垂直入射到加工平臺(14)的光軸一致，第二照明光源(12)自下而上垂直入射到加工平臺(14)上工件的下表面，經(jīng)工件下表面反射的光返回到第三CCD(13)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種新型用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外激光設備，其特征在于所述的加工平臺(14)包括大理石基臺(15)、X軸直線導軌(16)、Y軸直線導軌(17)、R軸旋轉(zhuǎn)電機(18)和透明石英臺面(19)，X軸直線導軌(16)和Y軸直線導軌(17)相對垂直安裝于大理石基臺(15)上，R軸旋轉(zhuǎn)電機(18)安裝于Y軸直線導軌(17)上，在R軸旋轉(zhuǎn)電機(18)上安裝透明石英臺面(19)。3.根據(jù)權利要求1所述的一種新型用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外激光設備，其特征在于:所述紫外激光器(1)的輸出波長為355nm。專利摘要本實用新型涉及用于切割大功率LED芯片用銅基板的紫外激光設備，包括紫外激光器、光學圖像系統(tǒng)和加工平臺，紫外激光器的輸出端設置有光閘，光閘的輸出端連接有擴束鏡，擴束鏡的輸出端布置有第一反射鏡，第一反射鏡銜接第二反射鏡，第二反射鏡的輸出端連接有聚焦鏡，聚焦鏡正對于加工平臺；光學圖像系統(tǒng)包括第三反射鏡、第四反射鏡、第一CCD、第二CCD、第一照明光源、第二照明光源和第三CCD；紫外激光器發(fā)出的激光入射到光閘，激光經(jīng)過光閘垂直入射到擴束鏡，經(jīng)過擴束鏡后的激光依次入射到45度第一反射鏡和第二反射鏡，反射后的激光垂直入射到聚焦鏡，透過聚焦鏡的激光聚焦于加工平臺上。銅基材LED芯片吸附于加工平臺上，實現(xiàn)紫外激光一次性切割銅基材。文檔編號G02B17/08GK201405162SQ20092004523公開日2010年2月17日申請日期2009年5月12日優(yōu)先權日2009年5月12日發(fā)明者馮唐忠,趙裕興申請人:蘇州德龍激光有限公司;江陰德飛激光設備有限公司