[发明专利]激光划片的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及利用激光对各种对所采用的激光波长基本透明的片基进行激光划片加工的方法及加工系统。

背景技术

相对于传统的用砂轮或金刚刀或金刚砂轮划片，激光划片具有对片基污染少，划线边缘表面较光滑，划线宽度细窄从而可更有效地利用片基面积等优点。尤其是对于特别脆薄的片基而言，传统的用砂轮或金刚刀或金刚砂轮划片会因划片时所施加的机械力而造成片基无规则破裂，使激光划片几乎成了唯一的选择。激光划片因为上述的各种优点而在各类半导体片基，太阳能板片基，LED和显示屏玻璃等片基的切割划片中得到日益广泛的应用。

常规的激光划片多采用几十纳秒(ns)量级脉宽的脉冲激光，将激光束聚焦于片基的上表面上，沿预定划片路径扫描激光束，因片基材料对激光能量的吸收导致材料的发热而使片基材料熔蚀溅射而形成刻线。一般要根据片基材料的特性，片基厚度及所采用的激光参数，沿该划片路径多次反复扫描激光束，并将激光束聚焦位置相应逐步下移，保持激光束聚焦在划线刻痕的底部以不断进一步熔蚀片基材料，拓深划线，直到可以用外力将片基沿划线分割裂开。

这种激光划片简单直接，在刻划对所采用的激光波长透明性差，即对激光有较强吸收的材料片基时较为合适。但是激光熔蚀溅射物会污染片基上表面及附近的各种功能性结构，同时在划线周围一定范围内形成较明显的热影响区域，有可能对邻近区域内片基的各种电子及光学性能产生不利影响。

对所采用的激光波长基本透明的片基，美国专利US6,992,026及US7,732,730“激光加工方法及装置”描述了一种将激光只聚焦于片基的内部，只在片基的内部使片基材料产生改性，再进而用外力掰断片基的方法，并声称此方法可以避免在片基的上表面造成熔蚀及污染等缺陷。该专利的说明及图示声称此种将激光聚焦于片基内部的划片方法主要是在片基内部依靠对激光的“多光子吸收”而造成在片基内部的炸裂点。其实这种方法本质上与目前十分普遍的用激光聚焦在玻璃内进行“激光内雕”完全相同。其缺点是激光在材料内部所造成的炸裂本身并不具有明确的方向性，其裂痕无规则张开向片基内的各个方向，炸裂生成物无法向外部逸出，更加强了对片基各个方向上的无规则损害。同时因为这种内部炸裂，片基材料的改性只局限于片基内部，在用外力掰断片基时片基有较大的可能沿非预定划片路径断裂，造成废品。

发明内容

为克服现有激光划片技术的上述缺陷或局限，同时针对目前电子工业中广泛使用的多种片基，如各种半导体材料片基，玻璃材料片基，太阳能片基板，LED片基板和显示屏玻璃等对许多常用激光波长，如1064和532纳米，相对透明，本发明提供了一种新型的激光划片的方法及装置，这种划片方法既避免了激光熔蚀溅射物对加工有各种功能结构的片基的上表面的污染，同时亦可有效减少激光对划线周围地区的热影响区域，本发明加工方法对片基材料的激光划片改性起始于片基材料的底表面，可以有效控制片基材料改性裂痕的形成方向，保证用外力掰断片基时片基沿预定划片路径断裂。

保证本发明实现上述效果的技术方案是：

(1)片基对于所采用的激光波长相对透明，将片基上加工有功能结构元件的上表面以向上的方式将片基安放于加工平台面上，此台面具有若干凸起结构，可支撑片基使其底表面与平台表面有一个合适的间隔。

(2)首先将激光束透过片基并聚焦于片基的底部表面上，按预定划线路径扫描激光束，控制激光束的各项参数，包括其功率，脉冲重复频率，脉冲宽度，光束聚焦光斑尺寸，扫描速度等，使片基底部表面在划线路径上的材料产生所需的变性，这种变性可以包括局部应力的增加，机械强度的减弱，片基底表面上沿划线路径的裂纹，片基底表面上沿划线路径的连续成线的炸裂点等。

可以采用的激光器包括连续激光器或脉冲激光器，例如脉宽小于10纳秒(ns)的波长为532纳米(nm)的绿光激光器，脉冲重复频率10至100KHz，激光功率为0.1至20瓦(W)，激光束聚焦点的光斑尺寸为10至40微米(um)。或脉宽小于1纳秒至100飞秒(fs)的锁模激光器，其激光波长为1064，532或355纳米，激光功率为0.1至20瓦，脉冲重复频率10至1000KHz，激光束聚焦点的光斑尺寸为10至40微米。对于刻划如半导体硅材料的片基，激光束的波长应为1064纳米或更长，如1342纳米，以满足片基对激光波长相对透明的前提条件，保证片基材料在激光划线时的材料改性主要发生在激光聚焦点区域，而非片基内激光聚焦点上方的激光束路径上。

对于一些特薄或机械强度较差的片基，上述一次激光划线后即可能对片基略施外力而使片基沿划线掰开，完成划片。