本發(fā)明屬于激光切劃術領域，涉及一種激光切劃裝置，適用于對所應用激光波長透明的材料，工件較厚，且要求無熱影響區(qū)，無崩邊的激光切劃。

背景技術：

隨著科學技術的進步和發(fā)展，激光已經(jīng)作為一種工具應用在各行各業(yè)。由于激光的高亮度高強度的特性，且激光光斑的尺寸可以通過聚焦鏡聚焦到微米量級，因此激光加工技術在有著高精度加工要求的行業(yè)中備受青睞，尤其是對于陶瓷、單晶硅和藍寶石等高、硬、脆等難以加工的切劃技術中，激光加工技術尤為受歡迎。

以半導體行業(yè)為例，晶圓的切片工藝是后道裝配工藝中的第一步。該工藝將晶圓分成單個的芯片，用于隨后的芯片鍵合、引線鍵合和測試工藝。當芯片尺寸越來越小，集成度越來越高，傳統(tǒng)的機械切片技術產(chǎn)能下降，破片率上升，產(chǎn)生的廢品率增加。在這種情況下，激光切劃技術得以顯現(xiàn)優(yōu)勢。由于激光屬于無接觸式加工，不對晶圓產(chǎn)生機械應力的作用，對晶圓損傷較小。因此激光晶圓切片技術得到大力的發(fā)展。

雖然，激光這個技術在很大程度上緩解了上述缺陷，然而在激光技術使用時，其熱影響區(qū)過大及熔渣噴濺污染的問題仍未妥善解決，這些缺點足以影響或破壞芯片的性能，特別是透明材料，對熔渣污染問題尤為明顯。特別是對高硬高脆材料進行傳統(tǒng)激光加工后，裂片崩邊問題尤為明顯。即使是業(yè)內(nèi)已經(jīng)采取的對基底材料內(nèi)部切劃的方式進行，然而在裂片時，位于表面的劃痕依然會出現(xiàn)崩片現(xiàn)象。

基于以上問題，如何更好的抑制裂片時的崩片現(xiàn)象成為本領域亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決對于激光波長透明的基底材料，在常規(guī)的激光切劃劃片技術中出現(xiàn)的熱影響區(qū)過大及熔渣噴濺污染的問題，裂片時崩邊問題，背面鍍層剝落燒蝕問題，本發(fā)明提出一種激光內(nèi)部切劃裝置。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種激光切劃裝置，包括一激光器，用于發(fā)出激光光束；一衍射光學鏡片和一聚焦鏡，所述激光光束通過所述衍射光學鏡片和聚焦鏡后，在工件上、下表面和中間分別形成聚焦點，所述聚焦點的形狀為橢圓形，沿工件的厚度方向延伸，所述的工件的中間形成的聚焦點橢圓延伸長度大于所述工件上、下表面形成的聚焦點的橢圓形延伸長度。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述的激光光束通過所述衍射光學鏡片和聚焦鏡后，在所述工件上、下表面和中間同時形成切劃。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述激光器的選擇與工件的材料有關，要求所述激光光束能夠透過所述工件，在所述工件下表面形成聚焦點。

作為本發(fā)明的一實施方式，根據(jù)所述激光器的頻率，調(diào)整所述工件水平方向運動的速度，以便使同一面上相鄰光斑具有一定的間距或光斑重疊。

作為本發(fā)明的一實施方式，還包括一ccd相機和激光精密切劃頭，所述的衍射光學鏡片和聚焦鏡安裝于所述的激光精密切劃頭內(nèi)，所述的ccd相機與所述激光精密切劃頭同軸連接，對聚焦位置進行自動識別定位。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述的衍射光學鏡片可以是微陣列透鏡或自適應鏡片。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述的聚焦點為三個，上、下兩聚焦點用于工件上、下表面應力生長，中間聚焦點用于工件快速切劃。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述的工件上、下表面的聚焦點形成的切劃道位于所述工件上、下表面內(nèi)部。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述的工件為多層結構，所述的多層結構包括所述工件和在所述工件上、下表面形成的鍍層結構。

作為本發(fā)明的一實施方式，所述工件上、下表面的聚焦點形成的切劃道位于所述工件和所述鍍層結構的結合處。

本發(fā)明提供一種影響區(qū)域小，無熔渣噴濺污染的激光切劃裝置，成品率高，生產(chǎn)效率相對現(xiàn)有技術大幅提高。在工件上、下表面內(nèi)部形成不同形狀切劃道，或在工件的上、下表面其厚度方向的中間位置進行切劃，切劃效果好，裂片時崩邊缺陷小，直線度高，可達到1um，背面鍍層剝落燒蝕問題得到很好的解決。如果一次形成此三焦點，切劃一次即可實現(xiàn)多種厚度產(chǎn)品分割，如果對加工效率要求不高，也可以分三次切劃，第一次先切劃底面內(nèi)切劃道，第二次切劃中間長條切劃道，第三次切劃上表面內(nèi)切劃道，可以實現(xiàn)同時切劃三道的加工效果，只是使用時間較長。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的激光切劃裝置示意圖；

圖2為激光劃切效果示意圖；

圖3為激光劃切效果另一示意圖；

圖4為激光劃切工件應力方向示意圖；

圖5為工件不同厚度時激光聚焦點的示意圖；

圖6為工件不同厚度時另一激光聚焦點的示意圖；

圖7為圖1的a部放大圖。

圖中各標記的含義如下：

1：激光器；

2：光路；

3：激光精密切劃頭；

4：激光光束；

5：衍射光學鏡片；

6：聚焦鏡；

7：工件；

8：聚焦點；

9：ccd；

10：切劃道；

11：鍍層；

m：工件的運動；

d：聚焦點之間的水平距離；

y：應力方向；

h：工件厚度。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做詳細描述：

如圖1所示，本發(fā)明涉及一種激光切劃裝置，激光切劃裝置包括的光路2將激光器1發(fā)出的激光光束4傳輸?shù)郊す饩芮袆濐^3中，激光精密切劃頭3中設置有衍射光學鏡片5和聚焦鏡6，通過衍射光學鏡片5和聚焦鏡6后的激光光束在工件7的上表面和下表面以及工件7的厚度方向的中部分別形成聚焦點8；當工件7相對于激光光束4運動m時，激光在工件上、下表面內(nèi)部和中間同時作用；當調(diào)整運動m的速度使聚焦點有一定的光斑重疊率或間隔時，在工件上、下表面和中間形成切劃劃道10；ccd9對工件7上的切劃劃片位置進行自動識別定位。其中在靠近工件7上、下表面的聚焦點處形成的聚焦點與在工件7的厚度方向的中部形成的聚焦點的激光功率不同，以及配合使用相適應的衍射光學鏡片和聚焦鏡，從而形成的聚焦點8的形狀不同。作為本實施例的一優(yōu)選方式，如圖2所示，聚焦點8的形狀為橢圓形，工件7厚度方向中部的聚焦點8沿厚度方向的橢圓形延伸長度大于上、下表面形成的聚焦點8的橢圓形延伸長度。作為本實施例的另一優(yōu)選方式，形成于工件7上、下表面的聚焦點8形成的切劃道10位于上、下表面內(nèi)部，從而形成內(nèi)部多層切劃。由此可以降低表面的切劃造成的熔渣并降低熱影響區(qū)，提高崩片效果。本發(fā)明的激光切劃裝置能在工件上、下表面內(nèi)和中間都使用不同功率的激光進行劃切，從而形成不同尺寸和形狀的切劃道10，將工件厚度方向中間的切劃道10作為裂片時的切劃劃道，將厚度方向上靠近上下表面的切劃道10作為裂片時的應力生長控制點，中間聚焦點形成工件7快速切劃裂片的切劃道，裂片時上下表面的切劃道10導向內(nèi)部切劃道10的應力生長，方便裂片，提高生產(chǎn)效率和成品率。

如圖3所示，可以通過調(diào)整運動m的速度，當激光聚焦點8光斑有一定的重疊率時，在工件7的上、下表面內(nèi)和中間分別形成一切劃道10。

本發(fā)明的激光切劃裝置，在使用過程中，將工件7放置好后，ccd9對工件7上的切劃位置進行自動識別定位后，發(fā)出信號使激光器1出光；激光器1發(fā)出的激光光束4通過衍射光學鏡片5和聚焦鏡6后，在工件7上、下表面內(nèi)和中間位置各自形成聚焦點8；工件7相對激光光束4進行水平m方向運動，相鄰聚焦點之間的水平距離d由水平方向運動m的速度確定，根據(jù)激光器的頻率，調(diào)整水平方向運動m的速度，使激光聚焦光斑在同一面上有一定的重疊率或間距，當運動m完成后，在靠近工件上、下表面和中間形成切劃道10；由于僅在聚焦點8處的激光能量才足以破壞工件材料，遠離聚焦點8的位置不會受到激光的破壞作用；由于靠近工件7上、下表面及工件7內(nèi)部形成切劃道10，只要外界稍有應力(例如溫變、擴膜等)，工件7材料就會沿著上、下表面和中間切劃道10裂開，即完成激光切劃。相較于常規(guī)的激光劃片在工件形成劃槽時，對于激光能量不加區(qū)分，從而形成同一規(guī)格的切劃劃道10，后續(xù)的裂片過程中，靠近上下表面的劃道容易產(chǎn)生崩片現(xiàn)象。

本發(fā)明的激光切劃裝置中，激光光束4通過衍射光學鏡片5和聚焦鏡6后在工件7上、下表面及工件中部分別形成厚度方向延伸的橢圓形切劃道10，使得裂片效率更高，保證切劃質(zhì)量。

如圖4所示，本發(fā)明的聚焦點8為定制光斑，聚焦點8作用在工件7上時，聚焦點8的三光斑形成橢圓的長條，長條形成在工件厚度方向上，應力方向y也在工件厚度方向上，由此導致工件更容易裂片。提高產(chǎn)品的裂片效果。

本發(fā)明的激光內(nèi)部切劃裝置中，激光器1的選擇與工件7的材料有關，要求所選激光器1的波長對工件7能夠透射，能使激光光束4透過工件7，在工件的表面內(nèi)也形成聚焦點。激光器的波長范圍在200nm到2000nm，脈寬范圍在10fs到200ns。

本發(fā)明的激光切劃裝置中，所述激光器1的選擇與工件7的材料有關，要求所述激光光束能夠透過所述工件，在工件7中部和下表面形成聚焦點。聚焦點的位置和能量對應于不同的衍射光學鏡片和聚焦鏡。根據(jù)實際工件的厚度，選擇不同的衍射光學鏡片和聚焦鏡，使三個焦點位于工件上表面和下表面內(nèi)和工件中心。

以上實施方式也并非為了限制本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明的聚焦點也并非必須限定為3層，如圖5所示，在工件7較厚時，比如對于sic基片的工件，工件厚度h超過350um時，為了使裂片更加容易，提高切劃質(zhì)量和效率，可以配合設計衍射光學鏡片和聚焦鏡，在工件上、下表面內(nèi)形成聚焦點，還在工件7的工件厚度方向的中間位置也形成一個長條聚焦點8。該實施例中的聚焦點8也可以根據(jù)產(chǎn)品厚度調(diào)節(jié)光斑的長度。同時在工件較薄時，如小于100um的si片，上下兩個焦點即可達到應力生長，達到裂片的要求，所以可以不用中心長焦點8。

作為本發(fā)明的另一實施方式，如圖6所示，本發(fā)明的工件7也可以是在工件7的表面有鍍層11或多層材料的情形，聚焦點8形成在工件7的上下表面的鍍層11內(nèi)部，并在鍍層11內(nèi)部作用后形成切劃道10，優(yōu)選的，是將聚焦點8形成在工件上、下表面處與鍍層11結合處，避免在鍍層表面發(fā)生崩邊現(xiàn)象。

本發(fā)明的激光切劃裝置中，對激光器1的能量有所要求，如圖7所示，要求聚焦點8位于上方的聚焦點8a的激光能量密度恰好能夠進入工件7材料，遠離聚焦點8的位于下方的聚焦點8c處的激光能量則不足以破壞工件7材料，要考慮上、下表面激光聚焦點的能量分配，8c的能量進入工件前能量大于8a，但實際進入工件后，因為考慮到工件內(nèi)能量的吸收，內(nèi)部焦點處實際作用能量8c和8a基本一致(上下材料一致，如果上下鍍層厚度或材料不同，8c和8a的可能會不同)，作用在工件7下表面的激光光束在透過工件時，要避免工件熱吸收，而破壞材料性能，同時要足以在表面內(nèi)部形成切劃道10，提高后續(xù)的裂片質(zhì)量和效率，本領域技術人員可根據(jù)工件7的材料確定合適能量的激光器1和針對的衍射光學鏡片5。

以上實施方式僅是為說明本發(fā)明的技術方案而做的具體說明，并不用于限定本發(fā)明的具體保護范圍，本發(fā)明上述實施例中的衍射光學鏡片也可以是微陣列透鏡，或者也可以是自適應鏡片，或其他本領域所知的實現(xiàn)相同作用的結構。

需要強調(diào)的是，這種激光切劃裝置并未做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)進行的簡單修改，等同變化和修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。