本发明专利技术提供了一种激光加工LED衬底的系统及方法，该系统包括：飞秒脉冲种子激光源；激光放大扩束装置，对所述飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光进行能量放大、扩束和线聚焦，输出线状光斑，所述线状光斑的长度大于等于LED衬底的直径；承载部件，用于承载所述LED衬底，所述线状光斑聚焦在所述LED衬底内或其表面上。本发明专利技术能够采用飞秒激光对LED衬底进行加工，有利于整合减薄和划片工艺，提高生产效率，降低生产成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光加工LED衬底的系统及方法，尤其涉及一种采用飞秒激光加工LED衬底的系统及方法。
技术介绍
、众所周知，LED晶圆是在蓝宝石或者碳化硅衬底上采用气相沉积的方法生长基于氮化镓系材料的发光有源层，目前普遍的LED晶圆尺寸为2英寸I英寸。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芯片的推广普及，从而也带动了应用于LED领域当中的各种技术。在目前LED衬底加工的工艺过程中，其中一个步骤是通过物理研磨技术把LED衬底厚度减薄，从而改善LED散热性能以及提高出光效率等。但是采用传统的物理研磨技术，由于LED衬底材料的硬度很大(例如蓝宝石硬度为9，仅次于金刚石的硬度)，通常的研磨颗粒都无法满足要求，因此必须利用含有硬度更高的研磨颗粒进行物理研磨(例如用含有金刚石颗粒的研磨液体)，这种研磨颗粒不但价格昂贵，而且在使用之后很难重复利用，大大增加的生产成本。此外,从衬底材料的成本考虑,研磨结束后只有大约1/4的衬底材料得到保留，而有3/4的衬底材料是在研磨过程当中被消耗掉了，存在着大量的浪费，LED衬底材料价格也是制约着LED成本的一个重要因素，因此，如果被损耗掉的3/4衬底材料能够得到回收并重复利用，LED的成本将会得到大幅度的下降，但是经过物理研磨来减薄衬底的加工机理显然是无法满足这方面的要求的。另外，LED衬底厚度需要从原始的450-500um研磨至80-100um，通常需较长时间并且反复的粗磨和细磨过程，以改善表面平整度，这样的过程不但耗时而且耗费昂贵。而且研磨过程中，需要依靠磨料加磨盘和负载的重力加快研磨速度，由于研磨位置靠近有源发光区域，此过程所产生的横向切削力也会对量子阱发光区造成影响。因此LED芯片的减薄方法仍然有待寻找更加新型的工艺技术，来实现降低生产成本和提高生产效率的目的。另外，经过LED衬底的减薄步骤，为了在应用封装前将各个LED芯片分离，还需要对减薄后的LED衬底背面划出沟槽，从而便于LED晶圆的裂片。常用的划片方法包括早期的金刚石道具切割到目前普遍流行的紫外纳秒量级的脉冲激光划线切割。但是激光划片存在的一个重要问题是，划片过程中焦点处过高的激光能量导致热损伤，从而导致划片附近的裂纹扩散，或者热熔现象导致的发光效率降低等。另外一个激光划片的问题就是划片效率，从早期的3片/小时到目前主流的10片/小时，划片效率的快慢成为激光划片机的核心竞争因素。综上，在LED衬底的加工工艺中，减薄和划片工艺是LED芯片制造过程中必不可少而且相互关联的步骤，但在传统的工艺方法中，这个两个步骤的所采用的技术方法完全不一样，相互独立，这会导致生产成本高，加工效率较低，而且在各自的工艺环节中也存在着效率低和加工质量低的问题。所以有必要改善传统的加工方法，提出一种新型的适应于LED衬底材料的加工方法，这样能够合并多个LED衬底加工工艺流程，提高生产效率，降低生产成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种激光加工LED衬底的系统及方法，能够采用飞秒激光对LED衬底进行加工，有利于整合减薄和划片工艺，提高生产效率，降低生产成本。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种激光加工LED衬底的系统，包括飞秒脉冲种子激光源；激光放大扩束装置，对所述飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光进行能量放大、扩束和线聚焦，输出线状光斑，所述线状光斑的长度大于等于LED衬底的直径； 承载部件，用于承载所述LED衬底，所述线状光斑聚焦在所述LED衬底内或其表面上。可选地，所述激光放大扩束装置包括激光放大器，对所述飞秒脉冲激光进行能量放大；扩束透镜组合装置，对来自所述激光放大器的激光束进行扩束，使其尺寸覆盖所述LED衬底；柱透镜，对来自所述扩束透镜组合装置的激光束进行线聚焦，输出所述线状光斑。可选地，所述激光放大器将所述飞秒脉冲激光放大为mrj量级的激光束。可选地，所述激光放大扩束装置还包括光闸，所述激光放大器输出的激光束经过所述光闸后传输至所述扩束透镜组合装置。可选地，所述系统还包括步进电机，驱动所述承载部件带动所述LED衬底沿垂直于所述线状光斑的方向移动，所述LED衬底在垂直于所述线状光斑的方向上划分为多步，所述步进电机带动所述LED衬底逐步移动以使所述线状光斑逐步扫描所述LED衬底。可选地，所述系统还包括同步控制器，对所述步进电机和光闸进行同步控制，使所述步进电机每移动一步后照射至所述LED衬底上的激光脉冲数目相同。可选地，所述扩束透镜组合装置包括第一圆形凸透镜和第二圆形凸透镜，来自所述激光放大器的激光束依次透过所述第一圆形凸透镜和第二圆形凸透镜后出射，其中第一圆形凸透镜的焦距小于第二圆形凸透镜的焦距，且所述第一圆形凸透镜和第二圆形凸透镜之间的距离等于二者的焦距之和。可选地，所述系统还包括调节机构，用于驱动所述柱透镜以及扩束透镜组合装置中的各凸透镜平移，平移的方向沿来自所述激光放大器的激光束的传播方向。可选地，所述激光放大器包括格兰棱镜、法拉第隔离器、半波片、激光谐振腔、泵浦激光器，其中，所述飞秒脉冲种子激光源发出的飞秒脉冲激光经过所述格兰棱镜反射后依次透过所述法拉第隔离器和半波片进入所述激光谐振腔的一侧；所述泵浦激光器发出的泵浦激光进入所述激光谐振腔的另一侧；所述激光谐振腔发出的经过能量放大的激光束依次透过所述半波片、法拉第隔离器和格兰棱镜后出射。可选地，所述激光谐振腔包括位于所述激光谐振腔一侧的第一反射镜、位于所述激光谐振腔另一侧的凹面镜、钛蓝宝石晶体、薄膜偏振片、普克尔盒，其中，所述泵浦激光器发出的泵浦激光透过所述凹面镜进入所述钛蓝宝石晶体；所述半波片出射的飞秒脉冲激光经由所述薄膜偏振片反射后透过所述普克尔盒入射至所述第一反射镜，所述第一反射镜反射出的飞秒脉冲激光透过所述普克尔盒和薄膜偏振片后进入所述钛蓝宝石晶体，所述飞秒脉冲激光和泵浦激光在所述钛蓝宝石晶体中的光斑重合。可选地，所述线状光斑的峰值功率为IO12 1015W。本专利技术还提供了一种应用上述任一项所述的激光加工LED衬底的系统的LED衬底加工方法，包括将LED衬底放置在所述系统的承载部件上，所述LED衬底包括衬底和位于所述衬底上的外延层，所述LED衬底的外延层朝向所述承载部件；将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内；驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，直至将所述衬底减薄；将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦于所述衬底表面；驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，在所述衬底表面形成多个平行于所述线状光斑的第一沟槽；旋转所述LED衬底，使所述第一沟槽的延伸方向垂直于所述线状光斑；驱动所述承载部件沿垂直于所述线状光斑的方向逐步移动，在所述衬底表面形成多个第二沟槽，所述第二沟槽和第一沟槽的延伸方向垂直。可选地，将所述系统的激光放大扩束装置输出的线状光斑聚焦在所述衬底内包括将所述线状光斑聚焦在距离所述衬底和外延层的交界面7(Γ100 μ m。可选地，所述承载部件和外延层之间还设置有保护膜。本专利技术还提供了一种应用上述任一项所述的激光加工LED衬底的系统的LED衬底加工方法，包括将LED衬底放置在所述系统的承载部件上，所述LED衬底包括衬底和位于所述衬底上的外延层，所述LED本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高耀辉，张昊翔，金豫浙，封飞飞，万远涛，李东昇，江忠永，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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