LED藍寶石襯底研磨三部曲

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-01-17

瀏覽次數:次

 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，平邊區域非常容易就被磨掉。除了造成研磨缺角，也因裂痕的產生，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，在經過加壓冷卻后，醫院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驗而有所不同，但是并不影響制程的結果。此制程作業之中，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，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定。

　　所以，LED的研磨制程主要在設備設計與使用者經驗的搭配。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，接下來的制程作業就是“拋光”。目的在處理Lapping研磨后產生的深孔，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，拋光盤多數使用聚氨酯Pad，即一般所謂的軟拋。軟拋可以使制程作業后的表面光亮如鏡，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產出。當然，鉆石拋光液的消耗量也會隨之增加，但是在產能提升與損失風險較低的生產型態之下，每片芯片的生產成本未必會有增加。

　　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，必須依據無塵室環境與銅盤冷卻溫度而去作適當的設定、調整。

　　鉆石拋光液大多使用多晶鉆石顆粒，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里，工程照明，最穩定的制造生產。