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、lengquejigoubufen,dazhikefenchengliangzhong,yiweishiyongliangyuanpanzhijiejiayafangshi,lingyizhongzeshichulejiayayuanpanwai,haizengjialeyigezhenkongcang,zaijiayashijiangcangtichouzhenkong,zengjiajianglajunyunyapingdexiaoguo。
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12pianshiyanmoshi,yintaocipanguoda,zewufashiyongcishejifangshi。lishiyanmojisuozhideshiyanmomadayushuipingmianchuizhi,erbapianshiyishangdeyanmojiyicishejiweizhu。
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Grinding研(yan)磨(mo)製(zhi)程(cheng)的(de)速(su)度(du)效(xiao)率(lv)高(gao),若(ruo)可(ke)以(yi)在(zai)研(yan)磨(mo)時(shi)將(jiang)芯(xin)片(pian)厚(hou)度(du)盡(jin)可(ke)能(neng)的(de)減(jian)薄(bo),則(ze)拋(pao)光(guang)的(de)工(gong)時(shi)與(yu)成(cheng)本(ben)就(jiu)能(neng)降(jiang)低(di)。但(dan)是(shi),研(yan)磨(mo)是(shi)高(gao)破(po)壞(huai)性(xing)的(de)製(zhi)程(cheng)作(zuo)業(ye),所(suo)以(yi)芯(xin)片(pian)減(jian)薄(bo)有(you)一(yi)個(ge)極(ji)限(xian)值(zhi);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Grinding的de研yan磨mo製zhi程cheng,就jiu能neng增zeng加jia大da量liang的de生sheng產chan產chan出chu。當dang然ran,鑽zuan石shi拋pao光guang液ye的de消xiao耗hao量liang也ye會hui隨sui之zhi增zeng加jia,但dan是shi在zai產chan能neng提ti升sheng與yu損sun失shi風feng險xian較jiao低di的de生sheng產chan型xing態tai之zhi下xia,每mei片pian芯xin片pian的de生sheng產chan成cheng本ben未wei必bi會hui有you增zeng加jia。
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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