简述大幅提升LED芯片产能的隐形切割（SD）技术
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中国半导体照明网专稿：近十几年来LED芯片切割技术的进步可说是一日千里：从钻石刀切割(Diamond scriber)技术到激光切割技术，再到前几年且正火红的隐形切割SD(Stealth dicing)切割技术。2009年日本Disco的隐形切割技术标榜着可以维持与原有制程方法同等的亮度，同时还能提升产能及合格率的优势进入LED切割市场，是切割技术的一大跃进。SD切割所使用的激光脉冲宽度时间为10-13秒，属于飞秒激光(Femtosecond)，而相较于SD激光，表面激光属于长脉冲激光，与SD切割激光之不同点在于其加工中会有较多的热效应产生。
本文在分析几种不同切割技术的基础上，集中介绍了有助于提升LED芯片产能的隐形切割（SD）技术。
一、几种不同切割技术的优劣
近年来在隐形切割(Stealth Dicing，SD)的基础上已发展出一些的激光切割专利；如芯片内部双切割道切割专利[1]。双切割道切割主要是解决芯片厚度变厚问题，其原理是使用一种双聚焦(a plurality of focal points)的切割光学机构，可一次同时切割出二道切割痕迹，降低切割时间。
再者，为增加裂片的准确性，所以有多切割道切割的技术专利产生[2]，此切割技术会因第一道切割道的内应力破裂而产生沿芯片厚度方向的弯曲，此弯曲量会影响第二道切割的聚焦点，导致多条切割道的变质层不在同一劈裂线上，影响裂片的准确性。为改善此不良现象，专利[3]提出锯齿状切割技术。
锯齿状切割技术示意图如图1所示，切割技术原理是使用同一波长(1064 nm)激光光源及不同激光能量(0.92、0.8、0.4 W)，其它激光切割条件参数完全相同；并分别进行M1、M3、M2等三道切割道切割及沿蓝宝石基板六面体晶体结构的C-plane方向产生斜裂痕迹a及b，而将M1～M3切割道连接起来，形成沿着切割道5的断裂面，裂开编号1的工件。当芯片放在蓝膜上时，芯片会因蓝膜上的扩张而自动裂开，产生一颗颗的芯片。
图1 锯齿状切割技术示意图
由于芯片厚度的变厚，及为了能够降低切割时间及提升劈片合格率，所以双切割技术现已熟用在芯片的切割制程上，但对于芯片厚度在90～110μm的切割制程，单切割道技术还是较适合。
拥有这些切割技术并不保证芯片在市场上的竞争优势，然而能善用这些技术，芯片才会有市场竞争优势。当激光切割技术出现时，LED制造厂不满意于芯片的产出亮度，所以就需要找出解决去除破坏层的方法；同样地，当SD切割技术被使用时，LED制造商为了能够降低芯片制造成本，而往单片的芯片产出增加以降低机台的使用成本考虑。
二、隐形切割技术主要内容
就如前言所示，激光切割会产生切割道侧壁的破坏物，严重影响出光效率。所以需要去除这些破坏物。因为激光切割是利用加工对象的表面吸收激光的高能量造成烧结的加工方式。如图2左图所示，图2右图为激光烧结痕迹。
图2 左为激光切割示意图；右为激光烧结痕迹
这片破坏层严重影响芯片侧壁出光，所以需要使用化学溶液(硫酸加磷酸混合)以湿蚀刻方式去除。进行湿蚀刻时发现一个有趣的现象，就是切割道开口的大小会影响破坏层去除的干净程度。参考图3，左图切割道开口宽度为7～8μm；而右图为11～12μm。同一款芯片进行相同湿蚀刻时间后的亮度比较，如图4所示。从图4中可知切割道开口宽度较宽的亮度比较亮；并且统计不同外延片生产批次的亮度平均值差为0.9～1.6%，如表1所示。
图3 左图切割道开口宽度7～8μm 右图切割道开口宽度11～12μm
图4 两种不同开口宽度亮度比较
表1 不同外延片生产批的亮度平均值差(%)
将开口宽度7～8μm的切深适当变浅[4]，开口宽度11~12μm的切深不变；进行不同外延片亮度等级(E1~E4)的同一款芯片的相同LBR(Laser By-product Removal)制程条件后的亮度比较，结果如图5所示；二者的平均亮度分别为306.75 mW及307.25 mW，已非常接近，相差在0.5%内。
图5 开口宽度7~8μm的变浅切深与开口宽度11~12μm的原切深亮度比较
由于找到切深适当变浅的方法，使原来停用的切割道开口小的切割机台又可开始生产，不需要再额外购买机台以满足因机台不足的产能缺口，所以机台投入生产可省下的费用计算如下：
机台的成本摊提/每月-操作人员费用/每月=机台省下的费用/每月
其中机台的成本包含机台售价及保修成本。若机台价格=240万RMB/台，机台保修成本=27万RMB/台，以8年来计算摊提，则每月机台费用需摊提=2.8万RMB/台，若每月人力费用=0.3万RMB，则每月可省下费用=2.8-0.3=2.5万RMB/台。
芯片切割走道宽度若从40μm缩小到30μm，使用SD技术所面临的问题将是芯片劈裂后容易裂到芯片正面Mesa(高台)附近或是伤到Mesa。
SD切割也是使用激光光源，其激光聚焦点是在加工件内部。利用工件内部吸收激光能量之物质现象，使内部材质变质而产生裂痕，内部破裂痕往两侧横断面延伸成破裂面，此破裂面产生我们称为预裂现象为内部变质层的体积膨胀应力及热应力释放，使得变质层到两侧表面间产生裂痕后，再于激光入射反方向进行劈裂分晶[5]，如图6所示。图6左图为SD切割激光聚焦在工件内部的示意图；右图为SD切割后的横断面切割痕迹示意图。
图6 左图为SD聚焦在工件内部示意图；右图为SD切割后的横断面切割痕迹
图7 SD切割劈裂后芯片正-背面斜裂示意图 |
