最近幾年來(lái)，筆記本電腦的電池壽命延長(zhǎng)了三倍，內(nèi)存容量變大且成本變低，電腦、智能手機(jī)以及其它數(shù)碼設(shè)備的速度更快、性能更強(qiáng)。帶來(lái)這些進(jìn)步的原因可能是多方面的，但激光微加工的使用卻是一個(gè)公認(rèn)的因素。因此，電子行業(yè)對(duì)于激光微加工的需求從來(lái)沒(méi)有像現(xiàn)在這么強(qiáng)烈。

　　高亮LED（發(fā)光二極管）讓電池壽命更長(zhǎng)久

　　液晶顯示器的背光源使用高效能的LED，以替代低效能的冷陰極管燈泡，這顯著增加了筆記本電腦的電池壽命，減少了電視機(jī)的耗能。因此，LED行業(yè)正在經(jīng)歷史無(wú)前例的增長(zhǎng)。

　　在平板顯示器使用的LED是基于氮化鎵（GaN）的，在藍(lán)寶石晶圓上將氮化鎵培養(yǎng)和被加工成薄層（總厚只有幾微米）。藍(lán)寶石是理想的選擇，因?yàn)樗軌蛱峁┻m合氮化鎵的晶格，而且是透明的。這非常重要，因?yàn)橐恍┕饽軌蚓植看┩杆{(lán)寶石基底邊緣從LED逃逸出來(lái)。藍(lán)寶石同樣是一種不錯(cuò)的熱導(dǎo)體，有助于LED的散熱。但是，藍(lán)寶石有一個(gè)眾所周知的特點(diǎn)——難以切割，難度僅次于鉆石。

　　實(shí)際生產(chǎn)中，LED是在一塊直徑2英尺厚度通常為100微米的藍(lán)寶石晶圓上進(jìn)行批量圖形化處理。由于最終的LED芯片僅有0.5毫米×0.5毫米，甚至更小，所以每塊晶圓能生產(chǎn)成千上萬(wàn)的LED。接著通過(guò)單切工藝將LED物理分割。

圖 1                                                          圖 2

　　傳統(tǒng)上，單切是通過(guò)鉆石圓鋸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行刻劃（局部切割），再進(jìn)行物理壓扣。但現(xiàn)在，大部分LED制造商已經(jīng)轉(zhuǎn)而使用激光刻劃，再通過(guò)壓邊進(jìn)行物理壓扣（見圖1）。圖中一束聚焦的紫外脈沖光束正在局部切割藍(lán)寶石。通常要多程切割晶圓厚度的大約30%（見圖2）。接著進(jìn)行傳統(tǒng)的物理壓扣。

　　激光刻劃已成為首選方法，原因有幾個(gè)。 首先，通過(guò)光束聚焦到只有幾微米或更小的光斑大小，激光刻劃能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)窄于鋸痕，并且顯著減少邊緣損傷（開裂和剝落）。這意味著，LED設(shè)備可以排列得更密集，相互之間的縫隙（稱為芯片間隔）更小。而且，高質(zhì)量的邊緣能夠避免后處理，在如此微小的設(shè)備上進(jìn)行后處理是不切實(shí)際的。上述的優(yōu)勢(shì)可以帶來(lái)更高的產(chǎn)量和更低的單位成本。另外，緊密聚焦能夠以更低的激光功率進(jìn)行快速刻劃，從而減少激光運(yùn)行的成本。

　　刻劃對(duì)激光特性有哪些要求？最常見的激光單切方法是使用266納米調(diào)Q半導(dǎo)體泵浦固體激光器進(jìn)行前端（設(shè)備端）刻劃。最重要的激光參數(shù)之一是光束質(zhì)量，因?yàn)檩^低的M2值能夠確保很好的邊緣質(zhì)量和最小化的LED分割?；旧希琈2值用來(lái)描述激光束聚焦的緊密程度，完美的高斯光束的聚焦光斑大小理論最小值定義為M2等于1。實(shí)際上所有激光器的M2值通常大于1。其它關(guān)鍵激光參數(shù)包括可靠性、脈沖波動(dòng)穩(wěn)定性和至少2.5瓦的平均功率，以達(dá)到預(yù)定的處理速度。還有一些制造商使用355納米激光器從藍(lán)寶石背面進(jìn)行刻劃，這種波長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生微小的碎片，因此從背面進(jìn)行切割能夠讓碎片遠(yuǎn)離LED。這種方法要求更高的光束質(zhì)量，因?yàn)樗{(lán)寶石對(duì)于355納米波長(zhǎng)非常透明，利用該波長(zhǎng)加工必須使用高強(qiáng)度聚焦光束以促進(jìn)非線性吸收。

　　LED紫外激光劃片切割系統(tǒng)適用于LED藍(lán)寶石襯底外延片的切割。產(chǎn)品具有定位精度高、聚焦光斑小、采用CCD同軸監(jiān)視切割的特點(diǎn)，能滿足LED藍(lán)寶石襯底外延片切割工藝的要求。

　　內(nèi)存容量更大、尺寸更小

　　最近幾年，SD和microSD內(nèi)存卡的容量穩(wěn)步提升，這些卡的物理尺寸和形狀還可以保持不變。而且，每兆字節(jié)（MB）單位成本顯著下降。上述進(jìn)步的主要原因在于：第一，顯微光刻法的發(fā)展帶來(lái)的電路密度提高；第二，使用物理上更薄的晶圓，從而能夠在同樣封裝尺寸中垂直疊放更多晶圓。

　　現(xiàn)在，內(nèi)存晶圓厚度通常為80微米或更薄，50微米是尖端技術(shù)，而20微米晶圓還處于研發(fā)層面。從規(guī)模經(jīng)濟(jì)考慮，這些晶圓的直徑能達(dá)到300毫米。硅是一種晶體材料，因此一塊300毫米×50微米的晶圓是非常易碎的，機(jī)械接觸很容易讓晶圓開裂和破損。而且，后處理費(fèi)用通常大大高于10萬(wàn)美元，因此必須在單切工藝中避免破損。

圖 3

　　傳統(tǒng)上，使用鉆石圓鋸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行的單切將會(huì)重復(fù)多次。然而如果晶圓厚度為80微米，圓鋸必須放慢到很不經(jīng)濟(jì)的旋轉(zhuǎn)速度，降低切割壓力以避免剝落、開裂和破損（見圖3）。這給激光器創(chuàng)造了巨大的機(jī)會(huì)。現(xiàn)在許多芯片生產(chǎn)商已經(jīng)轉(zhuǎn)而使用355納米調(diào)Q半導(dǎo)體泵浦固體激光器。與圓鋸類似，激光切割必須采用多程，以最大限度減少需要后處理才能消除的熱損傷。因此，唯一最重要的激光參數(shù)是極高的脈沖重復(fù)頻率。更為特別的是，掃描速度通常為600到750毫米/秒，這樣才能在做5程左右處理時(shí)讓總切割速度達(dá)到150毫米/秒。這種應(yīng)用還要求非常高的邊緣質(zhì)量，所以要有50%的脈沖波動(dòng)空間疊加。另外，對(duì)于在工藝過(guò)程開發(fā)中使用混合皮秒級(jí)激光器的興趣與日俱增，原因在于更短的脈沖持續(xù)時(shí)間產(chǎn)生的熱影響區(qū)（HAZ）更小，從而能夠避免后處理。