LED目前在各種產(chǎn)業(yè)均被廣泛且大量應(yīng)用，包含各種電子裝置之背光如手機(jī)，電視，平版電腦，或于汽車產(chǎn)業(yè)之應(yīng)用也需要高功率LED提供之照明。
        LED相較于傳統(tǒng)白熾光源與螢光光源而言，其功率遠(yuǎn)高于后者，并逐漸于綠色替代能源產(chǎn)業(yè)具有更高的重要性。隨著LED逐漸在電子產(chǎn)業(yè)或社會(huì)上被廣泛的使用，于生產(chǎn)工藝上提高產(chǎn)能與量率以降低終端產(chǎn)品成本，變的是一項(xiàng)非常重要之課題。

        提升產(chǎn)能的其中一項(xiàng)關(guān)鍵工藝為硅片劃線與切割工藝。LED激光劃線工藝相較于傳統(tǒng)機(jī)械劃線工藝具有許多優(yōu)勢(shì)，包含更高的劃線速度，降低微裂紋結(jié)構(gòu)(micro-cracking )，劃線工藝中對(duì)于硅片不施加機(jī)械應(yīng)力，并可靈活應(yīng)用許多特殊硬脆材料如藍(lán)寶石硅片(sapphire)與氮化鎵(GaN)。在許多藍(lán)光，綠光，與白光LED產(chǎn)品需要應(yīng)用此二種材料才可達(dá)到最終要求。更重要的，激光加工可以達(dá)到更細(xì)的線寬(kerf widths)，降低材料損失，提高單位硅片切割出之芯片。由于激光具有許多先天上之優(yōu)勢(shì)，此工藝必須搭配高精度與可靠之運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)激光加工之所有優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)機(jī)構(gòu)(定位平臺(tái))設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)，與運(yùn)動(dòng)控制器之搭配必須格外注意。

        于LED劃線應(yīng)用，有二種定位平臺(tái)大量被采用。Aerotech專精于此二種定位平臺(tái)之設(shè)計(jì)生產(chǎn)，以達(dá)到最高之產(chǎn)能與精度。搭配先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制器，Aerotech運(yùn)動(dòng)次系統(tǒng)可產(chǎn)生最高等級(jí)量率，產(chǎn)能，與性能之LED激光劃線設(shè)備。

直線電機(jī) XY 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)
       Aerotech之PRO225LM-XY (圖.1)定位平臺(tái)為單邊劃線(one-sided scribing)之理想解決方案。內(nèi)建之非接觸式直驅(qū)直線電機(jī)提供高速，無磁滯，背隙，因此于X與Y方向可產(chǎn)生更高精度與重復(fù)性之劃線動(dòng)作，并省去使用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)之需求。無鐵心之動(dòng)子線圈提高大推力，并且無頓轉(zhuǎn)(zero cogging)以產(chǎn)生極度平滑之速度與位置控制，若應(yīng)用于定頻率激光觸發(fā)應(yīng)用，速度穩(wěn)定性對(duì)于激光光斑之間距一致性便是格外重要。PRO225LM具有杰出的動(dòng)態(tài)直線度特性(圖.2)，可降低線寬并提高芯片密度。另外?？蛇_(dá)亞微米(Submicron)之等級(jí)之平行度，可于激光多次掃描(multiple passes)時(shí)維持材料剝離之一致性。

 
       PRO225LM設(shè)計(jì)于可靠之24x7量產(chǎn)應(yīng)用。直驅(qū)直線電機(jī)與光學(xué)尺為非接觸式，因此于長(zhǎng)期作業(yè)下不需要進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。頂部硬殼與張力側(cè)封包覆可保護(hù)定位平臺(tái)，防止切割工藝中于定位平臺(tái)內(nèi)部有任何材料累積。

         PRO225LM是為了產(chǎn)生最大的靈活度而設(shè)計(jì)。根據(jù)不同的硅片尺寸，有數(shù)種不同之有效行程選項(xiàng)可供選擇。許多種線材管理系統(tǒng)(CMS)可供搭配于多軸系統(tǒng)應(yīng)用，并可搭配真空氣管以應(yīng)用于搭配真空吸盤(vacuum chuck)。

        若于工藝上需要更高之精度，Aerotech之ALS25000XY (圖.3)直驅(qū)線性平臺(tái)提供許多相同之優(yōu)勢(shì)，但可達(dá)到相對(duì)于PRO225LM之更高之定位精度。

開框式(Open-Frame)定位平臺(tái)

       開框式定位平臺(tái)為雙面劃線之理想解決方案，尤其是如果需要于底部進(jìn)行視覺辨識(shí)時(shí)。ALS3600直驅(qū)開框定位平臺(tái)(圖.4)具有一個(gè)大孔徑，可應(yīng)用于最大至400mm直徑之硅片。本ALS3600系統(tǒng)于設(shè)計(jì)時(shí)，采用了一整體性的設(shè)計(jì)，并非僅僅將二軸疊加起來，而是以三元件式之整體設(shè)計(jì)，如此可于初期加工時(shí)，控制平臺(tái)之重要特性如直角度，直線度，與平面度。此定位平臺(tái)于先天上可達(dá)到的優(yōu)異直角度與杰出之形位公差(geometrical tolerances)。ALS3600可達(dá)到之優(yōu)異平行度之特性，可應(yīng)用于逐漸窄化之線寬應(yīng)用，以最大化芯片密度。

      ALS3600之設(shè)計(jì)目標(biāo)同樣的，是達(dá)到最高之性能與可靠度。高精度線性滑軌提供于劃線時(shí)之高速，重復(fù)之運(yùn)動(dòng)，同時(shí)具有杰出之剛性，負(fù)載特性，與極低之摩擦力。此平臺(tái)本質(zhì)上之高剛性，雖其為側(cè)向驅(qū)動(dòng)(side-driven)，但其可達(dá)到之性能特性與傳統(tǒng)XY疊加平臺(tái)相當(dāng)類似，因此相對(duì)于傳統(tǒng)側(cè)向驅(qū)動(dòng)之平臺(tái)而言，此ALS3600具有大幅的性能提升，而性能提升將直接反映于產(chǎn)能與切割品質(zhì)。

旋轉(zhuǎn)平臺(tái)

     若需要旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或?qū)ξ恢畱?yīng)用，Aerotech生產(chǎn)許多不同之旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(圖.5)，包含使用無刷伺服馬達(dá)之直驅(qū)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，或渦桿驅(qū)動(dòng)直旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。定位平臺(tái)具有許多不同的口徑(apertures)，桌面直徑，與安裝孔位選項(xiàng)提供您于劃線應(yīng)用之設(shè)計(jì)靈活度。Aerotech旋轉(zhuǎn)平臺(tái)提供杰出之定位精度，重現(xiàn)精度，偏擺(wobble)，與偏轉(zhuǎn)(Runout)等特性。

先進(jìn)控制功能
      使用高精度定位機(jī)構(gòu)來將硅片定位到正確位置并進(jìn)行激光加工時(shí)，同樣的需要先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制器來命令定位平臺(tái)位移到正確位置并進(jìn)行伺服閉回路來確保定位平臺(tái)實(shí)際移動(dòng)倒命令之位置。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

      Aerotech之Automation 3200 (A3200)為多軸，PC-Based軟體運(yùn)動(dòng)控制器(圖.6)，可以進(jìn)行最高至32軸同步運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制器之軟體結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)易的與其他裝致整和如激光控制，視覺系統(tǒng)，資料存取，與客制化人機(jī)介面。Automation 3200包含數(shù)位示波器軟體可用于先進(jìn)的系統(tǒng)診斷，包含頻率響應(yīng)分析以提高系統(tǒng)性能與頻寬，同時(shí)可過濾掉可能產(chǎn)生控振之頻率之饗應(yīng)。

除了超過三十組之高性能標(biāo)準(zhǔn)控制功能外，A3200同時(shí)提供先進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制演算法與硬體，可最小化外界干擾產(chǎn)生之誤差，并提高追隨能力。提高產(chǎn)能與劃線品質(zhì)。正交度校正功能提供使用者可校正硅片與真空吸盤之間之對(duì)位誤差。疊代學(xué)習(xí)型控制可藉由學(xué)習(xí)最佳化路徑，降低追隨誤差，并提高動(dòng)態(tài)精度。2D校正與位置同步輸出于激光劃線應(yīng)用，同樣提供額外的優(yōu)勢(shì)。


2D 校正

       多軸誤差補(bǔ)償功能提供誤差補(bǔ)償表以補(bǔ)償各軸間(Cross-axis)之位移誤差與軸直角度公差。校正檔案可以產(chǎn)生各軸間之校正位移以補(bǔ)償垂直軸之正交度與可重復(fù)之直線度誤差。不像一般直角度補(bǔ)償功能，2D校正功能又額外移除于硅片圓周之偏航(yaw)誤差，確保整片硅片之直線度與平行度，并提供更窄之切割道(圖.7)。


位置同步輸出 (PSO)
      激光劃線應(yīng)用需要精密控制與定位激光脈沖以達(dá)到恒定的劃線品質(zhì)，并最小化熱影響區(qū)(heat-affected zone)。當(dāng)使用定頻率觸發(fā)之激光時(shí)，若需達(dá)到上述目標(biāo)則相當(dāng)困難與具有高復(fù)雜度，原因在于，使用者需要確保運(yùn)動(dòng)過程之速度穩(wěn)定性，因?yàn)樗俣炔环€(wěn)定將會(huì)造成脈沖間距之不等性。Aerotech之位置同步輸出(PSO)功能解決了這個(gè)問題。PSO可直接將編碼器回饋直接進(jìn)行即時(shí)的激光觸發(fā)，甚至于加減速區(qū)均可產(chǎn)生一致的激光脈沖，而不因速度變化而影響觸發(fā)距離。脈沖使用校正后之資訊，因此可確保光般重疊之一致性。PSO輸出頻率最高至10 MHz，并去有極低延遲時(shí)間，因此可確保工件品質(zhì)并降低生產(chǎn)時(shí)間。當(dāng)激光輸出頻率需為定頻率時(shí)，使用者可使用類比追蹤功能以依照速度。改變激光之輸出功率

       PSO可以與各種激光溝通，以達(dá)到極度同步之激光控制。PSO功能包含數(shù)種簡(jiǎn)易可使用之模式以供不同應(yīng)用之搭配，如窗口觸發(fā)(Windowing)，于窗口觸發(fā)時(shí)脈沖將被限制于使用者定義之區(qū)域，第一發(fā)脈沖為窗口觸發(fā)之邊緣。
真空吸盤

       為了降低系統(tǒng)研發(fā)時(shí)間與降低成本，Aerotech生產(chǎn)并整合高精度，客制化之真空吸盤(圖.8)。這些真空吸盤包含應(yīng)用于200mm與300mm之硅片設(shè)計(jì)，包含一組或者多組真空區(qū)域。 Aerotech具有領(lǐng)先業(yè)界之升產(chǎn)能力，可提供標(biāo)準(zhǔn)3 µm平面度之真空吸盤，甚至最高可使用選配之1 µm之真空吸盤(若使用300mm硅片吸盤)。水平調(diào)校機(jī)制與硅片取放裝置可與此吸盤整合。另外，Aerotech具有多年經(jīng)驗(yàn)的工程師可以設(shè)計(jì)出與任何機(jī)械手臂整合之吸盤。

結(jié)論

       若要成功切割LED硅片，使用者需要有一套先進(jìn)之運(yùn)動(dòng)控制次系統(tǒng)。若僅將一或二組運(yùn)??動(dòng)零組件進(jìn)行最佳化，將無法達(dá)到高精度之運(yùn)動(dòng)需求。換言之，機(jī)電整合(Mechatronic)將是達(dá)到高精度運(yùn)動(dòng)之唯一途徑。選擇并整合適合之定位平臺(tái)，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，與控制科技可大幅提高LED之芯片密度并最小化切割道寬度，以提高生產(chǎn)產(chǎn)能與效率，并同時(shí)降低成本。

作者：臺(tái)灣鐳射科技應(yīng)用協(xié)會(huì)、《激光制造商情》