一种新型ＬＥＤ晶圆三光束激光划片设备制造技术

本实用新型专利技术涉及ＬＥＤ晶圆三光束激光划片设备，在激光器的输出端设置有光闸，光闸的输出端连接有扩束镜，扩束镜的输出端布置有第一全反镜，第一全反镜输出端衔接有用于将单束激光源分成三束激光的激光分光系统，激光分光系统的输出端设置有第二全反镜，第二全反镜衔接聚焦镜，聚焦镜正对于加工平台；激光器出射的激光经过光闸垂直入射到扩束镜，经扩束镜后的激光入射到第一全反镜，经第一全反镜后的激光入射到激光分光系统，激光分光系统输出三束等尺寸均能量的激光入射到第二全反镜，第二全反镜转角后的三束并行激光入射到聚焦镜，透过聚焦镜的三束激光并行聚焦于加工平台上。该设备实现ＬＥＤ晶圆片三光束的并行划片，适用于ＬＥＤ晶圆片的切割。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及激光加工设备，尤其涉及一种新型用于LED晶圆划片的紫外激光 高精密加工设备，属于激光精密加工设备

技术介绍
众所周知，蓝光LED晶圆往往是在蓝宝石基底材料上采用气相沉积的方法生长 GaN发光层，目前普遍的蓝光LED晶圆尺寸为2英寸，在LED终端应用封装前需要将若干英 寸的晶圆片切割成更小尺寸的晶粒。对于蓝宝石基材的LED晶圆切割，目前已经由紫外激 光划片完全替代了早先的金刚石刀具，通过激光新工艺的导入，典型的12milX12mil晶粒 尺寸的划片时间约为8分钟。 随着LED行业的发展，LED价格的降低以及发光效率的提升，带动了 LED芯片在各 行业的推广普及，尤其是最近LED在显示背光源的广泛应用使得LED生产需求井喷，市场产 能需求量翻倍的增长，可以预见未来5年内LED在照明行业的应用普及将造成LED产能需 求数十倍的提升。 对于LED行业急剧的增长趋势，LED生产过程设备的性能也提出了新的要求，作为 LED生产的关键设备之一的激光划片设备，其生产效率的要求尤为迫切。当然提升生产效 率的普遍做法是提升划片速度，事实上应用于LED晶圆的激光划片机也经历了早期10mm/ s速度下的3片/小时、中期20mm/s速度下的5片/小时、现在70mm/s速度下的8片/小 时，从激光划片机的升级过程可以看出单纯的划片速度增加对于划片效率的提升空间越来 越小。鉴于该困扰采用多光束并行划片的技术方案可以突破划片效率提升瓶颈，实现成倍 的划片效率提升。 激光加工应用于LED晶圆划片是近几年来发展起来的新型应用工艺，目前国外已 有相关的应用设备，例如美国的New Wave、Laser Solution和日本的Disco，但主要是单光 束激光划片。 近年来，随着紫外激光光源的发展，尤其是半导体端泵紫外激光器在100kHz工作 频率下5W以上功率的商用化，使得单光源多光束分光并行划片成为可能。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种新型LED晶圆三光束激 光划片设备。 本技术的目的通过以下技术方案来实现 —种新型LED晶圆三光束激光划片设备，包括激光器、加工平台和控制系统，特点 是所述激光器的输出端设置有用于控制激光通断的光闸，所述光闸的输出端连接有用于 激光光斑扩束倍率调节的扩束镜，所述扩束镜的输出端布置有第一全反镜，第一全反镜输 出端衔接有用于将单束激光源分成三束激光的激光分光系统，所述激光分光系统的输出端 设置有第二全反镜，所述第二全反镜衔接聚焦镜，所述聚焦镜正对于加工平台；所述激光器出射的激光入射到光闸，激光经过光闸垂直入射到扩束镜，经过扩束镜后的激光入射到第一全反镜，经过第一全反镜后的激光入射到激光分光系统，激光分光系统输出三束等尺寸均能量的激光，等尺寸均能量的三束激光入射到第二全反镜，第二全反镜转角后的三束并行激光入射到聚焦镜，透过聚焦镜的三束激光并行聚焦于加工平台上，在加工平台表面的三束光位于同一直线上，并且中间一束激光与两侧激光的中心间距相等。 进一步地，上述的一种新型LED晶圆三光束激光划片设备，其中，所述扩束镜的输出端布置有第一全反镜，第一全反镜反射镜具有二维角度调节和沿出射光轴一维平移调节功能，所述激光分光系统的输出端设置有第二全反镜，第二全反镜具有沿入射光轴一维平移调节功能。 更进一步地，上述的一种新型LED晶圆三光束激光划片设备，其中，所述聚焦镜安装于可垂直上下移动的一维直线运动机构上，所述一维直线运动机构与一电机驱动连接。 再进一步地，上述的一种新型LED晶圆三光束激光划片设备，其中，所述扩束镜的倍率调节范围为8 15倍。 再进一步地，上述的一种新型LED晶圆三光束激光划片设备，其中，所述激光器为半导体泵浦激光器，输出的激光波长为355nm。 本技术技术方案的实质性特点和进步主要体现在 ①采用简洁而功能齐备的光路设计，能够方便灵活的控制激光加工平面的光斑能量分布，适应不同规格的LED晶圆片的划片； ②采用独特的激光分光系统实现三光束并行划片的功能，激光分光系统将单束的紫外激光光源等尺寸均功率的分成三束，并且三束激光经过聚焦镜后等间距的聚焦于加工平台表面，三束光划片线宽和深度基本一致，使得划片效率成倍提升； ③由精密旋转电机调节三光束传输平面的角度，反映在加工平台表面三个聚焦光斑连线与加工平台运动X轴向和Y轴向的角度，进而实现三个聚焦光斑在加工平台X轴向和Y轴向的间距的精确控制； ④该设备较好实现LED晶圆片三光束的并行划片，广泛用于蓝光LED晶圆片的切割，满足LED晶圆生产产能需求。以下结合附图对本技术技术方案作进一步说明 附图说明图1 :本技术系统的结构示意图； 图2 :本技术激光光路结构的原理图。图中各附图标记的含义见下表<table>table see original document page 4</column></row><table><table>table see original document page 5</column></row><table>具体实施方式设计一种LED晶圆三光束激光划片设备，采用简洁而功能齐备的光路设计，能够 方便灵活地控制激光在加工平面的光斑能量，在保证切割效率的前提下稳定整个加工幅面 内的划片深度与线宽；采用独特的激光分光系统将单束激光源等尺寸均能量分成三束激光 并行聚焦于加工平台，通过精密旋转电机控制分光平面的角度，进而控制三束激光聚焦于 加工平台的X轴和Y轴方向的间距。 设备系统如图1所示，主要包括激光器1、激光分光系统2、加工平台3和控制系统 4，从激光器1发出的激光入射到激光分光系统2中，经过激光分光系统2将单束激光源能 量均匀的分为三束激光并行聚焦于加工平台3上。由激光分光系统2将单束激光源分成三 束等功率同尺寸的三束激光，三束激光经过聚焦镜后等间距的聚焦于加工平台，并且分光 组件具有轴向的精密旋转电机，实现激光三光束分光方向与加工平台X轴或Y轴运动方向 的精密控制，进而实现三光束在加工平台X轴或Y轴方向间距的精确连续可调。控制系统 4包含运动控制卡和驱动器，通过电机内部的光栅尺形成角度位置精密闭环控制，控制系统 4用于激光器、加工平台3、激光分光系统2的综合控制。激光器1与控制系统4之间通过 RS232串口通信，实现控制系统4向激光器1传送控制指令以及激光器1向控制系统4传送 状态信息。控制系统4向激光分光系统2发送脉冲信号控制精密旋转电机的方向，光栅尺 的角度反馈形成闭环控制。加工平台3与控制系统4之间通过运动控制卡实现运动闭环控 制。 本技术的激光光路结构，如图2所示，包含激光器1、扩束镜6、激光分光系统 2、聚焦镜9、加工平台3以及控制系统4，激光器1为半导体泵浦激光器，输出的激光波长为 355nm，激光器l的输出端设置有用于控制激光通断的光闸5，光闸5的输出端连接有用于激 光光斑扩束倍率调节的扩束镜6，扩束镜6的倍率调节范围为8 15倍，扩束镜6的输出端 布置有第一全反镜7，第一全反镜7具有二维角度调节和沿出射光轴一维平移调节功能，第 一全反镜7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型ＬＥＤ晶圆三光束激光划片设备，包括激光器（１）、加工平台（３）和控制系统（４），其特征在于：所述激光器（１）的输出端设置有用于控制激光通断的光闸（５），所述光闸（５）的输出端连接有用于激光光斑扩束倍率调节的扩束镜（６），所述扩束镜（６）的输出端布置有第一全反镜（７），第一全反镜（７）输出端衔接有用于将单束激光源分成三束激光的激光分光系统（２），所述激光分光系统（２）的输出端设置有第二全反镜（８），所述第二全反镜（８）衔接聚焦镜（９），所述聚焦镜（９）正对于加工平台（３）；所述激光器（１）出射的激光经过光闸（５）垂直入射到扩束镜（６），经扩束镜（６）后的激光入射到第一全反镜（７），经第一全反镜（７）后的激光入射到激光分光系统（２），激光分光系统（２）输出三束等尺寸均能量的激光，等尺寸均能量的三束激光入射到第二全反镜（８），第二全反镜（８）转角后的三束并行激光入射到聚焦镜（９），透过聚焦镜（９）的三束激光并行聚焦于加工平台（３）上，在加工平台表面的三束光位于同一直线上，并且中间一束激光与两侧激光的中心间距相等。

【技术特征摘要】
一种新型LED晶圆三光束激光划片设备，包括激光器(1)、加工平台(3)和控制系统(4)，其特征在于所述激光器(1)的输出端设置有用于控制激光通断的光闸(5)，所述光闸(5)的输出端连接有用于激光光斑扩束倍率调节的扩束镜(6)，所述扩束镜(6)的输出端布置有第一全反镜(7)，第一全反镜(7)输出端衔接有用于将单束激光源分成三束激光的激光分光系统(2)，所述激光分光系统(2)的输出端设置有第二全反镜(8)，所述第二全反镜(8)衔接聚焦镜(9)，所述聚焦镜(9)正对于加工平台(3)；所述激光器(1)出射的激光经过光闸(5)垂直入射到扩束镜(6)，经扩束镜(6)后的激光入射到第一全反镜(7)，经第一全反镜(7)后的激光入射到激光分光系统(2)，激光分光系统(2)输出三束等尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵裕兴，徐海宾，
申请(专利权)人：苏州德龙激光有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]