前言

最近因為能源的利用議題，讓藍光LED最近火紅的狠！

相信有不少的專業(yè)朋友都知道現(xiàn)行的白光LED都是以高亮度的藍光LED加上螢光粉制造而成，各家都有其專業(yè)的技術(shù)。目前流行的作法據(jù)我所知有背金、粗化、磊晶前蝕刻等，而最近當紅的是磊晶前蝕刻的作法，遽聞此制程方式能讓發(fā)光亮度最好。

背金制程顧名思義就是在晶片的背面鍍上一層金屬，使發(fā)光層的光線得以因折射而讓發(fā)光效率更高。但是由于晶片已經(jīng)研磨至100um以下的厚度，在執(zhí)行蒸鍍制程時，容易發(fā)生破片的損失。當然，也因為晶片厚度的關(guān)系，使得晶片產(chǎn)生翹曲，蒸鍍后的膜厚均勻性也有某些差異。

粗化制程的方法就有很多不同方式，但是大部分都是在發(fā)光區(qū)作一些文章，而此制程方式的主要影響就在發(fā)光區(qū)蝕刻的均勻度。若粗化制程控制得當，再有效的搭配上背金制程........發(fā)光亮度即有??不錯的加分！

最近正熱的磊晶前蝕刻制程，就是在磊晶制程前，就將藍寶石基板先作蝕刻，遽聞此制程能獲得最好的亮度。有人造山，也有人挖孔..........各有各的專業(yè)knowhow！

然而，這些制程的方式，就以磊晶前的蝕刻最容易在晶片研磨時產(chǎn)生致成問題！

因為結(jié)構(gòu)應力的關(guān)系，加上各家磊晶廠的技術(shù)專業(yè)不同，有的晶片還算平整，有的晶片卻像波浪般的卡迪納的厚切洋芋片........使得研磨后的生產(chǎn)良率受到嚴重的影響............更讓許多LED的后制程代工廠敬而遠之.......

個人在藍光LED制程之中的見解，最容易遭受嚴重損失的，應屬研磨制程！畢竟在晶片的制程狀態(tài)下，經(jīng)過了磊晶、黃光、蝕刻、薄膜，研磨之前已屬半成品。況且，目前的研磨技術(shù)已經(jīng)不再是一片片的慢慢磨，而是一次5~8片，甚至12片.......一個控制不好，損失情況不在話下..... ....

當然，還有很多可以利用的方法讓亮度提高，但是是否能夠讓各制程可以順利的生產(chǎn)，一直是各家LED廠思考的問題。

LED晶片研磨首部曲----上臘

一般LED研磨設備大多數(shù)是SF牌的Lapping，對于二~四元的紅、黃光晶片研磨生產(chǎn)，已經(jīng)十分充足。但是由于近幾年來藍光LED的專利技術(shù)解放，晶片得以大量生產(chǎn)制造，Lapping的研磨方式對于硬度高的藍寶石基板顯得相當吃力。因此，開始有人發(fā)展切削力更高的Grinding研磨方式，藍光LED研磨設備也慢慢的變更為制程工時僅需二分之ㄧ的Grounding研磨設備。

因著Grinding研磨設備的高速切削力，讓藍光LED的研磨制程獲得大幅改善。但是，卻無法有效的應用在基板脆弱的紅、黃光研磨制程上。

LED晶片研磨制程的第一個動作就是「上臘」，這與矽晶片的CMP化學研磨的貼膠意義相同。上臘的目的在于，將晶片固定在鐵制(Lapping制程)或陶瓷(Grounding制程)圓盤上。先將固態(tài)蠟均勻的涂抹在加熱約90~ 110 ℃的圓盤上，再將晶片正面置放貼附于圓盤，經(jīng)過加壓、冷卻后，晶片則確實固定于盤面，完成上臘的動作。

上臘的制程，主要必須控制臘的厚度在2~3um，這與固蠟的選擇，以及加壓方式、條件，都有直接影響，并且直接關(guān)系著研磨后的完工厚度均勻性。而上臘機的加壓、冷卻機構(gòu)部分，大致可分成兩種，一為使用兩圓盤直接加壓方式，另一種則是除了加壓圓盤外，還增加了一個真空艙，在加壓時將艙體抽真空，增加將蠟均勻壓平的效果。這兩種方式，其實嚴格來說，差異并不大.........但是某些晶片，卻不適用于真空加壓的方式上臘！例如晶片若是在磊晶制程前就已經(jīng)在晶片正面的平邊作刻號，當加壓抽真空時，因為平邊的刻號隆起，會造成晶片下的臘被真空吸出，導致臘厚不足。研磨時，平邊區(qū)域非常容易就被磨掉。除了造成研磨缺角，也因裂痕的產(chǎn)生，容易使晶片破裂。

然而，加壓、冷卻的設計也有不同，一般下圓盤都會有冷卻水管路盤繞在盤內(nèi)。但是有的是加壓后數(shù)十秒或兩分鐘才開始加冷卻水作冷卻，而有的則是邊加壓、邊冷卻。但是個人在使用上的經(jīng)驗，以加壓后，等待約數(shù)十秒或一分鐘再進行冷卻為宜。

當上臘作業(yè)時，有一個讓人頭疼的問題，就是晶片上臘時的氣泡。氣泡會使晶片因此而無法完全貼附于鐵盤或陶瓷盤上，研磨后會造成小裂痕。(PS.附帶說明，若晶片研磨后產(chǎn)生小十字型或人字型裂痕，則是上臘時有微塵未被清除而造成。)但是，近來已經(jīng)有自動上臘機，如WEC、TECDIA。在Robot取片時，就能將氣泡大小控制在0.5mm以下，在經(jīng)過加壓冷卻后，晶片上臘的狀況就十分良好。但是若以Speed??FAM的手動上臘機進行上臘時，去除臘中1mm大小的氣泡，就必須依靠操作者的經(jīng)驗與方法，才能獲得最佳的上臘效果。

學會上臘，是LED研磨制程中的第一步，不同的設備設計，伴隨著不同的上臘結(jié)果。所以必須了解其設備原理，才能有效地克服制程上的困擾，讓下一步的研磨制程更順利！

LED晶片研磨二部曲----研磨

在上臘制程作業(yè)完成后，接下來的制程就是破壞力最高的「研磨制程」。

過去最成熟的研磨制程就是Lapping，即是將晶片使用氧化鋁研磨粉作第一次研磨。其作業(yè)方式是使用千分表量測與設定鐵盤外圍的鉆石點，再將其放置于磨盤上，使用研磨粉作研磨。使用鉆石點的目的在于讓晶片研磨至設定厚度時，由于鉆石的硬度最高，所以晶片就不致于再被磨耗。

但是，由于藍光LED基板為藍寶石，硬度高！所以使用Lapping的方式研磨時，會導致制程時間過長。因此，近幾年來以Grinding的方式進行藍光LED的晶片研磨，降低制程工時。

然而，由于Grinding研磨方式的破壞力比Lapping更大，所以此制程并不適用于質(zhì)地較脆的紅、黃光晶片。所以，Lapping與Grinding的研磨制程，就有如所謂的：有一好，就沒有兩好.........

而紅、黃光與藍光的研磨制程，在不同的條件之下，由此開始有了不同的制程作業(yè)路徑！

由于Lapping是成熟的研磨制程技術(shù)，重點在于研磨粉中的氧化鋁粒徑，通常有經(jīng)驗的工程師都會要求供應商作過篩的作業(yè)。所以只要此要點有做執(zhí)行，一般遇到的問題大多在于磨盤的凹盤或凸盤控制。在此就不多作贅述...........

Grinding制程設備可分成臥式與立式兩種，臥式研磨機所指的是研磨馬達與水平面平行，可適用于八片式以下的研磨設計。但是若為12片式研磨時，因陶瓷盤過大，則無法使用此設計方式。立式研磨機所指的是研磨馬達與水平面垂直，而八片式以上的研磨機以此設計為主。

在Grinding的制程方式中，使用鉆石砂輪搭配冷卻液(冷卻油+RO水或DI水)或鉆石切削液來研磨晶片。雖然冷卻方式會依原設計者的制程理念與經(jīng)驗而有所不同，但是并不影響制程的結(jié)果。此制程作業(yè)之中，最主要的在于工作軸與砂輪軸的調(diào)整必須呈平行。再來，就是砂輪的磨石結(jié)構(gòu)。

砂輪的磨石除了鉆石粒徑之外，就是燒結(jié)的配方與溫度，這會對研磨后的品質(zhì)與砂輪壽命造成不同的結(jié)果。一般而言，砂輪的燒結(jié)都是供應商的機密，使用端無法得知。然而，砂輪上磨石的設計，也可產(chǎn)生不同的研磨效果與使用壽命。而目前我所使用過的砂輪設計，以磨石呈長條塊狀的圓周排列方式最佳。而圈數(shù)約為三圈以上，可以讓砂輪的使用壽命較長。

因為砂輪的磨石結(jié)構(gòu)與Dicing Saw的鉆石刀相同，所以都必須作使用修整，目的在于讓鉆石顆粒的浮出狀況最佳化，提高制程的品質(zhì)與砂輪及鉆石刀的壽命。Dicing Saw在刀具第一次使用與切割的過程之中，都會以厚度500um以上的矽晶片作修刀。相同的，砂輪在初次使用與研磨過程之中，也必須使用油石作砂輪修整。

由于Grinding研磨制程的速度效率高，若可以在研磨時將晶片厚度盡可能的減薄，則拋光的工時與成本就能降低。但是，研磨是高破壞性的制程作業(yè)，所以晶片減薄有一個極限值；另外，研磨制程中因鉆石所造成的刮痕約為15um，所以完工厚度值也影響著研磨減薄的厚度設定。

然而，在個人使用過的Grinding研磨機里，不論是T牌、W牌、SF牌等，最大的極限值都在95~105um。因為藍寶石基板的硬度與翹曲，而使得完工后在100um以下的結(jié)果相當不穩(wěn)定。

所以，LED的研磨制程主要在設備設計與使用者經(jīng)驗的搭配。但是晶片的本質(zhì)，仍是影響結(jié)果的主因，這就看各路高手如何見招拆招了。

LED晶片研磨三部曲----拋光

在晶片研磨之后，接下來的制程作業(yè)就是「拋光」。目的在處理Lapping研磨后產(chǎn)生的深孔，或Grinding研磨后的深刮痕。一般而言，Lapping研磨后的孔洞深度約為10um，Grinding研磨后的刮痕深度為15um~20um。

以Lapping研磨后的拋光制程而言，拋光盤多數(shù)使用聚氨酯Pad，即一般所謂的軟拋。軟拋可以使制程作業(yè)后的表面光亮如鏡，但是其切削速率極低，約為0.2 um/min。另一個拋光方式是使用錫、鉛盤，因其盤面為金屬材質(zhì)，所以一般稱為硬拋。硬拋的切削速率可以達到0.7~1 um/min，加工速度比軟拋快。然而，使用金屬盤做拋光的風險較高。雖然為錫、鉛為軟質(zhì)金屬，但是盤面的狀況必須十分小心的作監(jiān)控，尤其是盤面的修整。若在修整后，有金屬顆粒未除凈，拋光后的結(jié)果可是「碎碎平安」.........

因此，為了增加切削速率與盤面的穩(wěn)定性，近年來有了新式的拋光盤，其盤面是樹酯，基座是銅。就是現(xiàn)在所謂的「樹酯銅盤」。因為盤面材質(zhì)的硬度介于聚氨酯與錫之間，也被稱作是硬拋的一種方式。使用樹酯銅盤做拋光，再搭配特制鉆石拋光液與每秒的噴灑量，切削率可達2.3~2.8um/min。搭配Grinding的研磨制程，就能增加大量的生產(chǎn)產(chǎn)出。當然，鉆石拋光液的消耗量也會隨之增加.............但是在產(chǎn)能提升與損失風險較低的生產(chǎn)型態(tài)之下，每片晶片的生產(chǎn)成本未必會有增加。

再來，我們繼續(xù)探討樹酯銅盤的高切削率搭配！

第一要素是銅盤溝槽與溝槽之間的間隙，溝槽與溝槽之間的間隙寬度最好為溝槽寬度的1.3~1.5倍。再來是拋光液的噴出量，必須依據(jù)無塵室環(huán)境與銅盤冷卻溫度而去作適當?shù)脑O定、調(diào)整。

重點來了！特殊的拋光液怎么配？

其實，我也不清楚，因為這是各家耗材供應商的knowhow，所以無法完全得知！

然而，我們知道鉆石顆粒有單晶與多晶兩種，雖然單晶鉆石的切削率最高，但是由于顆粒較多晶鉆石銳利，所以晶片加工越薄，破片的風險就越高..... ....所以，鉆石拋光液大多使用多晶鉆石顆粒，不僅切削穩(wěn)定，若與其他溶劑的配方比例佳，切削速率并不遜色！

然而，以我使用過W牌與T牌的拋光機，以T牌的設計自動化最佳，但是W牌的設計補救能力最強。所以，在使用考量上，我會選擇W牌，避免研磨或拋光發(fā)生厚度不均勻的異常時，還能對大量的異常施以補救。

目前，我使用過W牌的一臺上蠟、兩臺研磨、一臺拋光的五片機系列，加上個人的特殊制程改善，最高紀錄可以在15小時產(chǎn)出300片。若以四班二輪作平均計算，一天一個班(12小時)可以產(chǎn)出250片左右。

所以，在適當?shù)脑O備搭配與使用經(jīng)驗作改善之下，其實拋光是晶片減薄里，最穩(wěn)定的制造生產(chǎn)！

LED晶片研磨最終曲----下臘清洗

在完成的晶片研磨的減薄作業(yè)之后，接下來的作業(yè)就是將晶片由鐵盤或陶磁盤上取下。

因為Lapping與Grinding制程的使用臘濃度不同，所以加熱的溫度也不同。一般鐵盤的下臘加熱溫度為70~ 7 5 ℃，陶磁盤的下臘加熱溫度則為90~ 110 ℃。

將鐵盤或陶磁盤放在加熱板上加熱時，會先噴灑一些去臘液，增加臘的融化速度。加熱20分鐘后，臘由于受熱溶化，使晶片呈現(xiàn)翹曲狀。此時，再使用晶片鑷子與安全刮刀將晶片由鐵盤或陶磁盤上取下。取片時，必須特別注意雙手的操作搭配，避免晶片破片或晶片正面遭到刮傷。

將晶片取下之后，接著就是置放于鐵氟龍晶舟，使用去臘液、丙酮(ACE)、異丙醇(IPA)作晶片的去臘清洗。

此時，有許多工程人員使用的清洗順序為去臘液→ ACE → IPA，但是在我測試過后的程序應該是ACE →去臘液→ IPA。

當然，這里就會出現(xiàn)爭議……..去臘液的功能是去臘，ACE的功能是去油、水。為什么會先泡ACE呢？

其實，這是我在某家公司時，早期因為殘臘所苦，測試了許多去臘液……..最后在一家日本供應商經(jīng)過分析后，才得到一個結(jié)果：ACE可以將晶片上的臘剝離。

所以，先以ACE將晶片上大量的臘作剝離之后，再以去臘液將晶片上少部份的殘留臘溶解，如此才能容易去除晶片上的臘。

在我測試后的順序為ACE →去臘液→去臘液→ ACE → IPA，清洗后的殘臘機率較低。制程理論為：先以ACE將晶片上大量的臘剝離，再使用兩道去臘液溶解晶片上少量的臘；接著再使用ACE將去臘液的油脂去除，最后使用IPA將ACE去除。

晶片下臘清洗中，建議避免使用超音波震蕩。因為晶片厚度都在80~9 5 μ m，使用超音波震蕩，就算晶片沒有震破，也會內(nèi)傷。所以只能將溶劑加熱，利用加熱時產(chǎn)生的熱流加速清洗的時間與增加清洗效果。

然而，清洗制程除了浸泡程序之外，就是去臘液的選擇。個人測試過的去臘液有：ND、昭和、WEC、芝普、法博、柏連等。

其中以ND去臘液較佳，價格最高。因為其成分為植物性萃取物，為食品級溶劑(老鼠吃不死，但是我沒嘗過......)，有柚子的味道，對人體沒有危害。

而昭和去臘液中含有甲苯，雖然效果不錯，價格尚可，但是對人體的危害較大。使用與否，就看企業(yè)主的良心了......

其他的去臘液都相當便宜，加熱后的氣味刺鼻，洗凈效果普通。

但是，由于ND去臘液是植物性萃取物，所以其油脂容易被ACE洗凈。其余的去臘液為化學合成，容易產(chǎn)生油脂殘留，一道ACE通常不易洗凈。

所以，晶片下臘清洗由于經(jīng)驗的不同，浸泡程序也有所不同。只要能有效除臘，沒有殘臘的異常，就是最好??的清洗方式！