陆芯晶圆切割机：蓝宝石基片在精密划片机中划切实验

蓝宝石基片在精密划片机中划切实验

1、 蓝宝石材料特性

蓝宝石（Al2O3）因其独特的晶格结构（电绝缘和透明）、优异的力学性能（硬度高）、良好的热学性能（易导热）被广泛用于半导体发光二极管、微电子电路、大规模集成电路等光电元器件的制造中。同时，蓝宝石熔点高、强度高、光透性高以及化学稳定性强等特性被广泛应用于智能设备、航空航天等领域。

GaN（氮化镓）基LED芯片主要以蓝宝石基板作为衬底材料，而其结构组成中，GaN的厚度只有5μm左右，蓝宝石厚度在450μm左右，减薄后的厚度100μm左右。因此对GaN基LED芯片的划切就是对蓝宝石基片的划切。

蓝宝石属于硬脆材料，划切工艺参数对划切质量有很重要的影响。下面通过试验对蓝宝石基片进行开槽划切工艺试验，研究工艺参数对蓝宝石划切影响规律，探究蓝宝石划切最优工艺参数，验证自主研发全自动砂轮划片机的性能。

2、试验条件

本试验中蓝宝石基片划切采用的设备为LX6366全自动精密划片机，主轴最高转速为60000r／min，采用2英寸刀片，如图所示为LX6366划切试验装置图。选择单面抛光蓝宝石基片，厚度为0.43mm，2英寸大小，晶向为C面，蓝宝石基片材料。

根据以往划切经验以及刀具性能特性，选定蓝宝石划切工艺参数范围为：主轴转速为25000～35000r／min，进给速度为1～5mm／s，划切深度为0.05～0.1mm。相邻划切道之间间距设置为5mm，每组工艺参数试验2次，每条切缝长为30～50mm，测量长度为5mm，每1mm取一个点测量，以最大切缝宽和崩边宽度作为试验结果，每划切一组参数进行刀具磨损补偿一次，避免刀具磨损对试验的影响。

由于蓝宝石硬脆特性，而树脂结合剂刀片自锐能力强，具有良好的弹性，可以减小崩边尺寸，提高划切工件表面质量，因此选择一种由热固性树脂作为结合剂与金刚石磨料烧结而成树脂软刀，磨料类型为金刚石，粒度为600＃，磨粒尺寸为10-20μm，结合剂类型为硬，集中度为75，刀片外径为?56mm，厚度为0.25mm，内径为?40mm，刀片露出量为3mm，具体试验条件如图所示。

3、试验步骤及测量方法

3.1 试验步骤

首先将划切材料通过蓝膜粘贴在崩盘上，再将粘贴好的工件安装在真空吸盘上，通过负压固定工件，然后设置相应的划切参数，真空吸盘带着工件沿着水平方向进给，当划切完一道后，刀片抬起，真空吸盘带着工件沿着进给的垂直方向移动一个设定的偏执距离以进行下一道划切。划切过程中记录控制系统显示的主轴电流大小，划切后通过金相显微镜对切缝宽、崩边宽度以进行测量，通过白光干涉仪对切割道表面形貌进行观测。

3.2试验测量方法原理

试验后采用精密金相数码显微镜采集加工后的沟槽图样，并测量切缝宽 Kw、崩边宽度C，崩边宽度为分布在划切道两侧的崩边的最大值，如图所示为金相显微镜，蓝宝石划切后切缝宽和崩边宽度测量示意图。本文不考虑刀具厚度对划切效果的影响，采用相对缝宽 Kwr来表示划切过程工艺参数对划切道宽度的影响，计算公式为：

试验发现对当主轴转速 n＝35000r／min，进给速度 v＝5mm／s，划切深度 a＝50μm时对蓝宝石的划切效果最好。切割道宽度为248.69μm，相对缝宽为0.995，最大崩边宽度为6.94μm。如图a）和b）所示为划切深度分别为a＝100um，a＝50um时，不同划切工艺参数下蓝宝石开槽划切的形貌图。

通过试验及测量发现，随着主轴转速的增加，切缝宽增大，即相对缝宽增大，而随主轴转速增大切割道崩边情况在一定程度上有所改善。进给深度对相对缝宽的影响较小，随着进给速度增加，崩边宽度有减小趋势。划切深度对崩边宽度影响很大，增大划切深度刀片磨损趋势加剧。