LED藍寶石襯底研磨三大步驟
發布時間:2012-10-30 責任編輯:echotang
一、 研磨首部曲——上蠟
LED芯片研磨製程的首要動作即“上臘”,這與矽芯片的CMP化學研磨的貼膠意義相同。將芯片固定在鐵製(Lapping製程)或陶瓷(Grounding製程)圓盤上。先將固態蠟均勻的塗抹在加熱約90~110℃的圓盤上,再將芯片正麵置放貼附於圓盤,經過加壓、冷卻後,芯片則確實固定於盤麵,完成上臘的動作。
上臘的製程,必須控製臘的厚度在2~3um,這與固蠟的選擇、加壓方式及條件都有直接影響,並且直接關係著研磨後的完工厚度均勻性。而上臘機的加壓、冷leng卻que機ji構gou部bu分fen,大da致zhi可ke分fen成cheng兩liang種zhong,一yi為wei使shi用yong兩liang圓yuan盤pan直zhi接jie加jia壓ya方fang式shi,另ling一yi種zhong則ze是shi除chu了le加jia壓ya圓yuan盤pan外wai,還hai增zeng加jia了le一yi個ge真zhen空kong艙cang,在zai加jia壓ya時shi將jiang艙cang體ti抽chou真zhen空kong,增zeng加jia將jiang蠟la均jun勻yun壓ya平ping的de效xiao果guo。
這zhe兩liang種zhong方fang式shi,嚴yan格ge來lai說shuo差cha異yi並bing不bu大da。但dan是shi某mou些xie芯xin片pian,卻que不bu適shi用yong於yu真zhen空kong加jia壓ya的de方fang式shi上shang臘la,例li如ru芯xin片pian若ruo是shi在zai磊lei晶jing製zhi程cheng前qian就jiu已yi經jing在zai芯xin片pian正zheng麵mian的de平ping邊bian作zuo刻ke號hao,當dang加jia壓ya抽chou真zhen空kong時shi,因yin為wei平ping邊bian的de刻ke號hao隆long起qi,會hui造zao成cheng芯xin片pian下xia的de臘la被bei真zhen空kong吸xi出chu,導dao致zhi臘la厚hou不bu足zu。研yan磨mo時shi,平ping邊bian區qu域yu非fei常chang容rong易yi就jiu被bei磨mo掉diao。除chu了le造zao成cheng研yan磨mo缺que角jiao,也ye因yin裂lie痕hen的de產chan生sheng,容rong易yi使shi芯xin片pian破po裂lie。
然而,加壓、冷leng卻que的de設she計ji也ye有you不bu同tong,一yi般ban下xia圓yuan盤pan都dou會hui有you冷leng卻que水shui管guan路lu盤pan繞rao在zai盤pan內nei。但dan是shi有you的de是shi加jia壓ya後hou數shu十shi秒miao或huo兩liang分fen鍾zhong才cai開kai始shi加jia冷leng卻que水shui作zuo冷leng卻que,而er有you的de則ze是shi邊bian加jia壓ya、邊冷卻。
當上臘作業時,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於鐵盤或陶瓷盤上,研磨後會造成小裂痕。(若芯片研磨後產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,近來已經有自動上臘機,如WEC、TECDIA。在Robot取片時,就能將氣泡大小控製在0.5mm以下,在經過加壓冷卻後,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
在上臘製程作業完成後,接下來的製程就是破壞力最高的“研磨製程”。
過去最成熟的研磨製程就是Lapping,即(ji)是(shi)將(jiang)芯(xin)片(pian)使(shi)用(yong)氧(yang)化(hua)鋁(lv)研(yan)磨(mo)粉(fen)作(zuo)第(di)一(yi)次(ci)研(yan)磨(mo)。其(qi)作(zuo)業(ye)方(fang)式(shi)是(shi)使(shi)用(yong)千(qian)分(fen)表(biao)量(liang)測(ce)與(yu)設(she)定(ding)鐵(tie)盤(pan)外(wai)圍(wei)的(de)鑽(zuan)石(shi)點(dian),再(zai)將(jiang)其(qi)放(fang)置(zhi)於(yu)磨(mo)盤(pan)上(shang),使(shi)用(yong)研(yan)磨(mo)粉(fen)作(zuo)研(yan)磨(mo)。使(shi)用(yong)鑽(zuan)石(shi)點(dian)的(de)目(mu)的(de)在(zai)於(yu)讓(rang)芯(xin)片(pian)研(yan)磨(mo)至(zhi)設(she)定(ding)厚(hou)度(du)時(shi),由(you)於(yu)鑽(zuan)石(shi)的(de)硬(ying)度(du)最(zui)高(gao),所(suo)以(yi)芯(xin)片(pian)就(jiu)不(bu)致(zhi)於(yu)再(zai)被(bei)磨(mo)耗(hao)。
但是,由於藍光LED基板為藍寶石,硬度高,所以使用Lapping的方式研磨時,會導致製程時間過長。因此,近幾年來以Grinding的方式進行藍光LED的芯片研磨,降低製程工時。
Grinding製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麵平行,可適用於八片式以下的研磨設計。但是若為12片(pian)式(shi)研(yan)磨(mo)時(shi),因(yin)陶(tao)瓷(ci)盤(pan)過(guo)大(da),則(ze)無(wu)法(fa)使(shi)用(yong)此(ci)設(she)計(ji)方(fang)式(shi)。立(li)式(shi)研(yan)磨(mo)機(ji)所(suo)指(zhi)的(de)是(shi)研(yan)磨(mo)馬(ma)達(da)與(yu)水(shui)平(ping)麵(mian)垂(chui)直(zhi),而(er)八(ba)片(pian)式(shi)以(yi)上(shang)的(de)研(yan)磨(mo)機(ji)以(yi)此(ci)設(she)計(ji)為(wei)主(zhu)。
在Grinding的製程方式中,使用鑽石砂輪搭配冷卻液(冷卻油+RO水或DI水)或huo鑽zuan石shi切qie削xue液ye來lai研yan磨mo芯xin片pian。雖sui然ran冷leng卻que方fang式shi會hui依yi原yuan設she計ji者zhe的de製zhi程cheng理li念nian與yu經jing驗yan而er有you所suo不bu同tong,但dan是shi並bing不bu影ying響xiang製zhi程cheng的de結jie果guo。此ci製zhi程cheng作zuo業ye之zhi中zhong,最zui主zhu要yao的de在zai於yu工gong作zuo軸zhou與yu砂sha輪lun軸zhou的de調tiao整zheng必bi須xu呈cheng平ping行xing。再zai來lai,就jiu是shi砂sha輪lun的de磨mo石shi結jie構gou。
由於Grindingyanmozhichengdesuduxiaolvgao,ruokeyizaiyanmoshijiangxinpianhoudujinkenengdejianbo,zepaoguangdegongshiyuchengbenjiunengjiangdi。danshi,yanmoshigaopohuaixingdezhichengzuoye,suoyixinpianjianboyouyigejixianzhi;另外,研磨製程中因鑽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研磨機裏,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,而使得完工後在100um以下的結果相當不穩定。
所以,LED的研磨製程主要在設備設計與使用者經驗的搭配。但是芯片的本質,仍是影響結果的主因。
三、LED芯片研磨三部曲——拋光
在芯片研磨之後,接下來的製程作業就是“拋光”。目的在處理Lapping研磨後產生的深孔,或Grinding研磨後的深刮痕。一般而言,Lapping研磨後的孔洞深度約為10um,Grinding研磨後的刮痕深度為15um~20um。
以Lapping研磨後的拋光製程而言,拋光盤多數使用聚氨酯Pad,即一般所謂的軟拋。軟拋可以使製程作業後的表麵光亮如鏡,但是其切削速率極低,約為0.2 um/min。另一個拋光方式是使用錫、鉛盤,因其盤麵為金屬材質,所以一般稱為硬拋。硬拋的切削速率可以達到0.7~1 um/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,但是盤麵的狀況必須十分小心的作監控,尤其是盤麵的修整。若在修整後,有金屬顆粒未除淨,拋光後易碎。
因此,為了增加切削速率與盤麵的穩定性,近年來有了新式的拋光盤,其盤麵是樹酯,基座是銅。就是現在所謂的“樹酯銅盤”。yinweipanmiancaizhideyingdujieyujuanzhiyuxizhijian,yebeichengzuoshiyingpaodeyizhongfangshi。shiyongshuzhitongpanzuopaoguang,zaidapeitezhizuanshipaoguangyeyumeimiaodepensaliang,qiexuelvkeda2.3~2.8um/min。搭配Grindingdeyanmozhicheng,jiunengzengjiadaliangdeshengchanchanchu。dangran,zuanshipaoguangyedexiaohaoliangyehuisuizhizengjia,danshizaichannengtishengyusunshifengxianjiaodideshengchanxingtaizhixia,meipianxinpiandeshengchanchengbenweibihuiyouzengjia。
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,必須依據無塵室環境與銅盤冷卻溫度而去作適當的設定、調整。
鑽石拋光液大多使用多晶鑽石顆粒,不僅切削穩定,若與其他溶劑的配方比例佳,切削速率並不遜色。
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牌的一台上蠟、兩台研磨、一台拋光的五片機係列,加上個人的特殊製程改善,最高紀錄可以在15小時產出300片。若以四班二輪作平均計算,一天一個班(12小時)可以產出250片左右。
所以,在適當的設備搭配與使用經驗作改善之下,其實拋光是芯片減薄裏,最穩定的製造生產。
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