一种新型结构的LED芯片切割刀具及LED芯片切割方法

摘要

本发明公开了一种新型结构的LED芯片切割刀具及LED芯片切割方法，属于半导体器件加工领域。本发明的LED芯片切割刀具包括法兰盘和刀片，其中法兰盘为圆盘状，中部设有法兰凸起，边缘设有法兰过渡，所述的法兰凸起的中部设有安装孔；刀片呈圆环形，固定在法兰过渡的外边缘，本发明中的刀具在高速旋转情况下的稳定性高，方便装卸。以本发明的刀具为切割工具，采用本发明中的切割方法能直接切割出梯形结构的芯片，缩短了切割时间，提高了切割效率，且切割出来的芯片无受损情况，发光效率高。

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件加工领域，更具体地说，涉及一种新型结构的LED芯片切割刀具及LED芯片切割方法。

背景技术

半导体芯片制造过程中，晶粒一般呈矩形排列在芯片表面，芯片表面沿晶粒四周设有格子状的切割道，用以分隔各晶粒。现有的芯片切割方法主要有刀具(如金刚石刀具)切割和辐射能量(如激光)切割。刀具切割是利用机械力直接作用在芯片的切割道，实现晶粒的分离。激光切割是非接触式切割方法，它是激光能量通过光学聚焦后获得高能量密度，沿切割道直接将芯片气化，从而分离晶粒。由于激光方法成本较高，因此刀具切割仍是目前最常用的芯片切割方法。传统的芯片切割方法，是用金刚石刀具逐一对准切割道进行一次横向切割和一次纵向切割，从而分离晶粒。具体方法为：沿每一晶粒列的切割道，先进行横向切割；横向切割完成后，逆时针或顺时针旋转芯片90°，再沿每一晶粒列的切割道，进行纵向切割，完成晶粒从芯片的分离。横向和纵向，是相对的概念。

经检索，中国专利公开号为CN 102496602A，申请日为2011年12月26日的专利申请文件公开了一种芯片切割方法，该发明对芯片交替进行若干次横向切割和若干次纵向切割，具体步骤：(一)首次横向切割，间隔N列晶粒切割，所述N为整数且N≥2；首次纵向切割，间隔M列晶粒切割，所述M为整数且M≥1；(二)后续横向切割和/或后续纵向切割，间隔一列或一列以上晶粒对未切割的晶粒切割，直至将每个晶粒分离。中国专利公开号为CN 102024752A，申请日为2009年9月17日的专利申请文件公开了一种改进芯片切割的方法，该方法包括如下步骤：在待切割的芯片表面的钝化层上涂覆光刻胶；刻蚀晶片表面的钝化层，露出焊垫表面，剥离光刻胶；对露出的金属层进行氧化，生成金属氧化层，该方法还包括对芯片进行电性验收测试；对芯片外观进行检查；以及进行芯片切割的步骤。中国专利公开号为CN 103022284A，申请日为2013年1月8日的专利申请文件公开了一种LED芯片切割方法及其制备的LED芯片，该发明公开的是一种基于侧壁腐蚀的LED芯片切割方法，LED晶圆经过正面激光划片、侧壁腐蚀后，按照正常的LED芯片制造流程完成芯片制造；晶圆减薄、背镀后进行背面激光隐形切割，控制隐形切割线位置使其与正面划片线错开；裂片时在应力诱导下，晶粒侧壁将出现一斜裂面，更有利于侧面出光，增加芯片的整体光通量而不影响芯片的外观和电性，该发明还公开了一种根据以上所述的LED芯片切割方法所制备的LED芯 片，LED芯片的边缘呈具有斜裂面的“ㄣ”形断面，半导体衬底GaN晶圆在经过芯片侧壁腐蚀工艺后，结合激光隐形切割制作出“ㄣ”形断面，从增加侧壁出光量的方面增加整个LED芯片的亮度。

现有技术中公开的芯片的切割方法或者是用传统的刀具将晶粒从芯片上分离，或者是采用激光方法对芯片进行切割，然而用传统的刀具将晶粒从芯片上分离后得到的芯片是立方体结构，这样的结构使得光在LED内部传输的光程很长，造成有源层及自由载流子对光的吸收加剧，据报道，梯形结构的LED芯片能减小光在内部传播的路程，提高LED的亮度，但是如果想要得到这种高亮度的LED芯片，则需进一步对晶粒进行切割加工成所需的形状(如梯形等)，这种多次切割，增加了晶粒受损的可能性，降低了生产效率，同时也提高了生产成本；激光切割具有优势，但是成本太高。因此需要研究一种经济适用的晶粒切割刀具及切割方法。

发明内容

1.要解决的问题 

针对现有芯片切割技术中存在的成本高、需多次切割、晶粒易受损等问题，本发明提供一种新型结构的LED芯片切割刀具及LED芯片切割方法。本发明的LED芯片切割刀具包括法兰盘和刀片，其刀片与法兰盘的夹角为135-145°，刀片在高速旋转过程中稳定，振幅小，能直接切割出带坡度的侧壁，切割出来的芯片无受损情况，缩短了切割时间，提高切割效率50％。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种新型结构的LED芯片切割刀具，其特征在于：包括法兰盘和刀片，所述的法兰盘为圆盘状，中部设有法兰凸起，边缘设有法兰过渡，所述的法兰凸起的中部设有安装孔；所述的刀片呈圆环形，固定在法兰过渡的外边缘。

优选地，所述的法兰凸起的厚度均匀，所述的法兰过渡的厚度向外边缘处逐渐递减。

优选地，所述的刀片与法兰盘的夹角β＝135-145°，其中β＝140°时切割效果最佳。

优选地，所述的刀片的刀刃宽度为21-25μm。

优选地，所述的刀片的刀刃坡度θ为20-25°。

优选地，所述的法兰盘的制作材料为铝合金，所述刀片的刀刃的制作材料为金刚石磨粒。

优选地，所述的金刚石磨粒的直径为0.1-8μm。

一种LED芯片切割方法，其步骤为：

(a)准备芯片切割所需的切割机、换刀工具、磨刀石、上述的切割刀具、待切割的芯片、粘片设备、蓝膜，用换刀工具将上述的切割刀具换至切割机上，然后用磨刀石进行磨刀；

(b)用粘片设备将待切割的芯片粘附在蓝膜上，然后再将蓝膜通过铁环卡在切割设备的工作台上；

(c)对芯片进行半切，设置切割参数，切割高度设置为0.180-0.250mm，切割刀速设置为30-50mm/s，切穿芯片的PN结；

(d)半切结束后，用粘片设备将半切后的芯片从蓝膜上取下，进行光电性测试；

(e)测试结束后，用粘片设备将芯片粘附蓝膜上，然后将粘附有芯片的蓝膜置于烤箱中进行烘烤；

(f)烘烤结束后，将蓝膜通过铁环卡在切割设备的工作台上进行透切，切割高度设置为0.060-0.080mm，切割刀速设置为10-60mm/s。

优选地，所述的步骤(e)中烘烤温度为60-100℃，烘烤时间为10-30min。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种新型的LED芯片切割刀具，刀片与铝合金法兰盘的夹角为135-145°，刀刃由金刚石磨粒与标准粘合剂有机结合，刀片在高速旋转过程中稳定，振幅小，能直接切割出带坡度的侧壁，缩短了切割时间，提高切割效率50％，切割出来的芯片呈梯形，与现有技术中常用的切割刀具相比，使用本发明中的刀片切割出来的芯片无受损情况，发光效率高；

(2)本发明中的一种新型的LED芯片切割刀具，其法兰盘中部设有法兰凸起，使装卸过程更简单，边缘设有法兰过渡，法兰过渡的厚度向边缘处递减，上述结构能增加刀具在高速旋转情况下的稳定性；

(3)本发明中的一种新型的LED芯片切割刀具，其刀刃由金刚石颗粒与粘合剂有机结合构成，刀刃顶部呈尖角状，保证在切割过程中即使刀刃被不断磨损但仍能保持形状的唯一性，保证切割道宽度不会波动，刀刃长度在一定范围内(0.51-0.64mm)，在高速旋转的情况下不会摆动；

(4)本发明提供了一种LED芯片切割方法，使用新型结构的LED芯片切割刀具，切割出来的芯片呈现为梯形，可以使内部反射的光从侧壁的内表面再次传播到上表面，而以小于临界角的角度出射；同时使那些传播到上表面大于临界角的光重新从侧面出射，这两种过程能同时减小光在内部传播的路程，减少有源层及自由载流子对光的吸收，提高芯片的发光效率；

(5)本发明的一种LED芯片切割方法，切割道为V形槽，切割过程中结合切割超纯水的冲击，更利于切割碎屑的清除，降低碎屑在侧壁附着的可能性，降低芯片漏电等异常；芯 片N面面积较大，能够合理的控制芯片背崩(背面崩开长度超过边长的四分之一为背崩)，降低背崩率，而现有切割技术多为直上直下的切割，切割出来的芯片为长方体，芯片侧壁易附着切割碎屑；

(6)本发明的一种LED芯片切割方法，在半切结束后对芯片进行光电性测试，目的是对芯片的品质做验证以及引导后续目检站的操作，另外验证此种切割方式会不会造成芯片电压异常、漏电问题、亮度异常等，避免切割过程中的无用功，提高生产效率；测试结束后将粘附有芯片的蓝膜置于烤箱中进行烘烤，能更充分的利用蓝膜的粘性，使芯片与蓝膜结合的更紧密，切割完成后芯片不易从蓝膜上脱落；

(7)本发明切割得到的芯片呈梯形，芯片侧壁与垂直面的夹角为30-45°，发光效果最佳，梯形结构的芯片稳定性好，不易倾倒，方便后续的封装操作，提高生产效率；

(8)本发明的LED芯片切割刀具结构设计合理，易于制造，芯片切割方法操作方便，生产效率高，具有广泛应用价值。

附图说明

图1为本发明中LED芯片切割刀具的结构示意图；

图2为本发明中LED芯片切割刀具中刀刃的结构示意图；

图3为本发明切割方法得到的芯片的结构示意图。

图中：1、法兰盘；2、刀片；101、法兰凸起；102、法兰过渡；103、安装孔；3、电极；4、P面；5、N面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1和图2所示，一种新型结构的LED芯片切割刀具，包括法兰盘1和刀片2，法兰盘1为圆盘状，制作材料为铝合金，中部设有法兰凸起101，其厚度均匀，边缘设有法兰过渡102，厚度向外边缘处逐渐递减，法兰凸起101的中部设有安装孔103，直径为19mm；刀片2呈圆环形，固定在法兰过渡102的外边缘，刀片2与法兰盘1的夹角β＝135°，刀片2的刀刃宽度为21μm，刀刃坡度θ为20°，刀片2的刀刃由金刚石磨粒和粘合剂有机结合构成，金刚石磨粒的直径为0.1-2.5μm。

一种LED芯片切割方法，其步骤为：使用DISCO切割机专用换刀工具将上述的切割刀具换至切割机上，完成换刀后使用专用磨刀石进行磨刀。用粘片设备将待切芯片粘附在蓝膜上，使用手动模式进行切割，设置切割参数，切割高度设置为0.200mm，切割刀速设置在50mm/s，进行半切，切割完芯片的一边后手动将工作台转动90°，进行另一边的切割，以此类 推，完成对芯片四边的半切；半切完成后使用粘片设备将芯片从蓝膜上取下，进行光电性测试，测试结果显示半切过程中没有造成芯片电压异常、漏电问题、亮度异常等，测试完成后进行透切；使用粘片设备将芯片粘附在蓝膜上，将芯片置于烤箱中进行烘烤，烘烤温度设置为60℃，时间设置为30min，烘烤完成后采用手动模式进行切割，设置切割参数，切割高度设置为0.060mm，切割刀速设置为60mm/s，进行透切，切割完芯片的一边后手动将工作台转动90°，进行另一边的切割，以此类推，完成对芯片四边的透切。

本实施例的切割刀具可以将芯片直接切割成梯形(如图3所示)，切割得到的芯片的斜面与N面的夹角为45°，梯形结构的芯片可以增加电流的有效利用率，具有增加芯片的亮度以及方便晶粒打线操作的优点。梯形结构的芯片缩短光在芯片内部传播的路径，减少有源层及自由载流子对光的吸收，使内部反射的光从侧壁的内表面再次传播到上表面，而以小于临界角的角度出射；同时使那些传播到上表面大于临界角的光重新从侧面出射，出光效率增大20％，切割道为V形槽，切割过程中结合切割超纯水的冲击，更利于切割碎屑的清除，降低碎屑在侧壁附着的可能性，降低芯片漏电等异常；芯片N面面积较大，能够合理的控制芯片背崩(背面崩开长度超过边长的四分之一为背崩)，降低背崩率，与现有技术相比，切割效率提高了50％，切割后芯片表面的晶粒无损失，芯片使用寿命长。

实施例2

一种新型结构的LED芯片切割刀具，结构同实施例1，不同的是：刀片2与法兰盘1的夹角β＝140°，刀片2的刀刃宽度为25μm，刀刃坡度θ为22°，刀片2的刀刃由金刚石磨粒和粘合剂有机结合构成，金刚石磨粒的直径为2.5-5μm。

一种LED芯片切割方法，步骤同实施例1，所不同的是：对芯片进行半切时，切割高度设置为0.180mm，切割刀速设置为40mm/s；烘烤温度为80℃，烘烤时间为20min；对芯片进行透切时，切割高度设置为0.080mm，切割刀速设置为10mm/s。

本实施例切割得到的芯片的斜面与N面的夹角为40°这种结构的芯片能缩短光在芯片内部传播的路径，减少有源层及自由载流子对光的吸收，使内部反射的光从侧壁的内表面再次传播到上表面，而以小于临界角的角度出射；同时使那些传播到上表面大于临界角的光重新从侧面出射，出光效率增大30％，切割道为V形槽，切割过程中结合切割超纯水的冲击，更利于切割碎屑的清除，降低碎屑在侧壁附着的可能性，降低芯片漏电等异常；芯片N面面积较大，能够合理的控制芯片背崩(背面崩开长度超过边长的四分之一为背崩)，降低背崩率，与现有技术相比，切割效率提高了50％，切割后芯片表面的晶粒无损失，芯片使用寿命长。

实施例3

一种新型结构的LED芯片切割刀具，结构同实施例1，不同的是：刀片2与法兰盘1的 夹角β＝145°，刀片2的刀刃宽度为23μm，刀刃坡度θ为25°，刀片2的刀刃由金刚石磨粒和粘合剂有机结合构成，金刚石磨粒的直径为5-8μm。

一种LED芯片切割方法，步骤同实施例1，所不同的是：对芯片进行半切时，切割高度设置为0.250mm，切割刀速设置为30mm/s；烘烤温度为100℃，烘烤时间为10min；对芯片进行透切时，切割高度设置为0.070mm，切割刀速设置为40mm/s。

本实施例切割得到的芯片的斜面与N面的夹角为35°这种结构的芯片能缩短光在芯片内部传播的路径，减少有源层及自由载流子对光的吸收，使内部反射的光从侧壁的内表面再次传播到上表面，而以小于临界角的角度出射；同时使那些传播到上表面大于临界角的光重新从侧面出射，出光效率增大25％，切割道为V形槽，切割过程中结合切割超纯水的冲击，更利于切割碎屑的清除，降低碎屑在侧壁附着的可能性，降低芯片漏电等异常；芯片N面面积较大，能够合理的控制芯片背崩(背面崩开长度超过边长的四分之一为背崩)，降低背崩率。与现有技术相比，切割效率提高了50％，切割后芯片表面的晶粒无损失，芯片使用寿命长。