LED蓝宝石衬底研磨三部曲
LED芯片研磨制程的首要动作即“上腊”,这与硅芯片的CMP化学研磨的贴胶意义相同。将芯片固定在铁制(Lapping制程)或陶瓷(Grounding制程)圆盘上。先将固态蜡均匀的涂抹在加热约90~110℃的圆盘上,再将芯片正面置放贴附于圆盘,经过加压、冷却后,芯片则确实固定于盘面,完成上腊的动作。
一、研磨首部曲——上蜡
上腊的制程,必须控制腊的厚度在2~3um,这与固蜡的选择、加压方式及条件都有直接影响,并且直接关系着研磨后的完工厚度均匀性。而上腊机的加压、冷却机构部分,大致可分成两种,一为使用两圆盘直接加压方式,另一种则是除了加压圆盘外,还增加了一个真空舱,在加压时将舱体抽真空,增加将蜡均匀压平的效果。
这两种方式,严格来说差异并不大。但是某些芯片,却不适用于真空加压的方式上腊,例如芯片若是在磊晶制程前就已经在芯片正面的平边作刻号,当加压抽真空时,因为平边的刻号隆起,会造成芯片下的腊被真空吸出,导致腊厚不足。研磨时,平边区域非常容易就被磨掉。除了造成研磨缺角,也因裂痕的产生,容易使芯片破裂。
然而,加压、冷却的设计也有不同,一般下圆盘都会有冷却水管路盘绕在盘内。但是有的是加压后数十秒或两分钟才开始加冷却水作冷却,而有的则是边加压、边冷却。
当上腊作业时,有一个难题,即芯片上腊时的气泡。气泡会使芯片无法完全贴附于铁盘或陶瓷盘上,研磨后会造成小裂痕。(若芯片研磨后产生小十字型或人字型裂痕,则是上腊时有微尘未被清除而造成。)但是,近来已经有自动上腊机,如WEC、TECDIA。在Robot取片时,就能将气泡大小控制在0.5mm以下,在经过加压冷却后,芯片上腊的状况就十分良好。但是若以SpeedFAM的手动上腊机进行上腊时,去除腊中1mm大小的气泡,就必须依靠操作者的经验与方法,才能获得最佳的上腊效果。
二、LED芯片研磨二部曲——研磨
在上腊制程作业完成后,接下来的制程就是破坏力最高的“研磨制程”。
过去最成熟的研磨制程就是Lapping,即是将芯片使用氧化铝研磨粉作第一次研磨。其作业方式是使用千分表量测与设定铁盘外围的钻石点,再将其放置于磨盘上,使用研磨粉作研磨。使用钻石点的目的在于让芯片研磨至设定厚度时,由于钻石的硬度最高,所以芯片就不致于再被磨耗。
但是,由于蓝光LED基板为蓝宝石,硬度高,所以使用Lapping的方式研磨时,会导致制程时间过长。因此,近几年来以Grinding的方式进行蓝光LED的芯片研磨,降低制程工时。
Grinding制程设备可分成卧式与立式两种,卧式研磨机所指的是研磨马达与水平面平行,可适用于八片式以下的研磨设计。但是若为12片式研磨时,因陶瓷盘过大,则无法使用此设计方式。立式研磨机所指的是研磨马达与水平面垂直,而八片式以上的研磨机以此设计为主。
在Grinding的制程方式中,使用钻石砂轮搭配冷却液(冷却油+RO水或DI水)或钻石切削液来研磨芯片。虽然冷却方式会依原设计者的制程理念与经验而有所不同,但是并不影响制程的结果。此制程作业之中,最主要的在于工作轴与砂轮轴的调整必须呈平行。再来,就是砂轮的磨石结构。
由于Grinding研磨制程的速度效率高,若可以在研磨时将芯片厚度尽可能的减薄,则抛光的工时与成本就能降低。但是,研磨是高破坏性的制程作业,所以芯片减薄有一个极限值;另外,研磨制程中因钻石所造成的刮痕约为15um,所以完工厚度值也影响着研磨减薄的厚度设定。
然而,在使用过的Grinding研磨机里,不论是T牌、W牌、SF牌等,最大的极限值都在95~105um。因为蓝宝石基板的硬度与翘曲,而使得完工后在100um以下的结果相当不稳定。
所以,LED的研磨制程主要在设备设计与使用者经验的搭配。但是芯片的本质,仍是影响结果的主因。
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