用于減少在管芯級激光剝離期間所受機械損傷的藍寶石收集器的制作方法

本發(fā)明涉及發(fā)光裝置領(lǐng)域，特別涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)在藍寶石襯底(其上生長有發(fā)光元件)的激光剝離期間減少對該發(fā)光裝置的損傷。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體裝置(包括半導(dǎo)體發(fā)光元件)是在襯底上形成/生長，藍寶石晶片襯底是常見的。在發(fā)光元件的實例中，gan成核層可形成于藍寶石襯底上，接著是一個或多個n型層、一個或多個有源層及一個或多個p型層?？尚纬纱┻^這些層且在這些層上的金屬半導(dǎo)體，以經(jīng)由最高(p型)層上方的接觸焊盤提供n型層及p型層與外部電源的耦合，以激勵該發(fā)光元件的（若干)有源層。

因為該金屬接觸焊盤一般是不透明或反射的，所以該發(fā)光元件設(shè)計為從與該接觸焊盤相對的表面并且穿過該襯底發(fā)射光。為了提高光提取效率，可移除該襯底，以曝露半導(dǎo)體表面。半導(dǎo)體表面可經(jīng)處理以進一步提高光提取效率。在一些情況下，一個或多個接觸焊盤可放置在該裝置的發(fā)光側(cè)上。

激光剝離是一種通常用以從發(fā)光元件移除藍寶石襯底的工藝。由于藍寶石半導(dǎo)體界面處的半導(dǎo)體層的瞬時熱分解，激光脈沖經(jīng)投射穿過該藍寶石襯底并且被藍寶石半導(dǎo)體界面處的半導(dǎo)體層吸收，從而產(chǎn)生局部爆發(fā)性沖擊波。

如果在晶片級處執(zhí)行激光剝離(llo），則在已處理整個晶片后移除晶片大小的藍寶石襯底。另一方面，如果針對每個個別管芯執(zhí)行激光剝離，則該管芯是倒裝芯片安裝在基座磚塊(submounttile)上，且該藍寶石面向上。將激光應(yīng)用到每個管芯，且該管芯大小的藍寶石芯片在激光入射在每個管芯上后立即彈出至“藍寶石收集器”或“五彩紙屑接收器”，將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)留在該基座磚塊上。該基座磚塊隨后經(jīng)處理以在每個管芯上建立（例如）透鏡元件，接著經(jīng)截割/切片以提供個別發(fā)光裝置。

在移除該藍寶石且覆蓋該管芯的時間之間，曝露該相對脆弱的半導(dǎo)體表面，該半導(dǎo)體表面易受機械損傷。在一組實例性生產(chǎn)過程(productionrun)期間，已經(jīng)測得由于機械損傷所致的產(chǎn)率損耗為大約0.236%。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在激光剝離后減少對發(fā)光元件的機械損傷的可能性將是有利的。

為更好地解決此顧慮，在本發(fā)明的一實施例中，藍寶石收集器(sc)中包括一個或多個特征（結(jié)構(gòu)特征及參數(shù)特征），以用于在管芯級激光剝離(llo)期間捕獲從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)移除的管芯大小的藍寶石芯片。這些特征經(jīng)設(shè)計以增加每個藍寶石芯片在其從該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)釋放后立即由該藍寶石收集器穩(wěn)固地捕獲的可能性。該藍寶石收集器包括具有拾取元件（其將每個所釋放的芯片抬起至該收集器）的真空增強收集器，及進一步引導(dǎo)該芯片至該收集器隧道（該收集器隧道導(dǎo)向到廢棄倉）的空氣推進器。

在本發(fā)明的實施例中，增強由該藍寶石收集器穩(wěn)固地捕獲所釋放藍寶石芯片的可能性的特征包括以下的一個或者多個。

為減少芯片碰撞收集器的頂部表面且彈回離開拾取元件的可能性，成角度的空氣推進器可位于該收集器的頂部附近以引導(dǎo)芯片遠離該頂部表面且更遠到達收集器隧道。同時，互補的成角度的空氣推進器可位于該收集器的底部附近以也引導(dǎo)拾取的芯片更遠到達收集器隧道中，且進一步引導(dǎo)任何跳彈芯片遠離拾取元件。為進一步增強這些空氣推進器的效率，該空氣推進器可被成形為具有高速度、低體積輸出的氣刀。

收集器隧道的入口可張開以將該收集器橫截面區(qū)域最大化，且減少芯片朝向該拾取區(qū)域跳彈回的可能性?？蓢@該拾取元件的內(nèi)部建立溝槽以防止設(shè)法滑出該張開的隧道開口或靠近該拾取元件的任何芯片離開該拾取元件。

面向基臺上管芯的收集器的外表面可以是傾斜的以減少“天然芯片（wildchip）”在該基臺與該收集器的下表面之間重復(fù)跳彈的可能性。拾取元件及所提供的真空也可被設(shè)計以最佳化所釋放的芯片將被迫使進入收集器的可能性。

在本發(fā)明的一實例性實施例中，由于激光剝離后的機械損傷造成的產(chǎn)率損耗被從0.236%減少至0.023%量級。

附圖說明

參考附圖且由實例進一步詳細解釋本發(fā)明，其中：

圖1a示出了實例性現(xiàn)有技術(shù)的藍寶石收集器。

圖1b及圖1c示出了藍寶石芯片在圖1a的現(xiàn)有技術(shù)藍寶石收集器中的逆向行進。

圖2a至圖2c示出了實質(zhì)上減少在激光剝離后對該發(fā)光元件機械損傷可能性的藍寶石收集器的一實例性實施例。

圖3a至圖3c示出了圖2的藍寶石收集器的實例尺寸。

整個附圖中，相同附圖標記表示類似或?qū)?yīng)特征或功能。為說明性的目的包括了附圖，但不意味著限制本發(fā)明的范圍。

具體實施方式

在以下描述中，為解釋而非限制的目的，描述了特定細節(jié)，諸如特殊架構(gòu)、界面、技術(shù)等等，以提供對本發(fā)明概念的全面理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，本發(fā)明可在背離這些特定細節(jié)的其他實施例中實踐。依類似方式，這里描述的內(nèi)容是關(guān)于如附圖中所示出的實例性實施例，不意欲限制所請求保護的發(fā)明以免超出權(quán)利要求書中所清楚包括的限制。為簡化及簡明的目的，忽略已知裝置、電路及方法的詳細描述以不致使本發(fā)明的描述由于不必要的細節(jié)而不清楚。

圖1a示出了實例性現(xiàn)有技術(shù)藍寶石收集器(sc)120。sc120包括向兩個隧道130a及130b敞開的收集器腔125。這些隧道130是處于負壓力下，分別引起隧道130a及130b中的真空流135a及135b。sc120還包括至腔125的輸入管140a及140b，腔125在管140a及140b中分別提供壓力流145a及145b。還可提供額外隧道及管。

激光元件110提供經(jīng)由閘128進入sc120的脈沖激光束115。閘128經(jīng)設(shè)計以不阻擋激光束115，但防止任何藍寶石芯片170在進入腔125后離開。閘128可以是（例如）透鏡元件或簡單地是格柵。

在sc120下，具有所附接的藍寶石襯底芯片170的多個發(fā)光元件160安裝在基臺150上。在激光剝離期間，由使sc120相對于基臺150移動或使基臺150相對于開口122移動至sc120的腔125，而使sc120位于具有所附接的藍寶石芯片170的發(fā)光元件160上。

在發(fā)光元件160及芯片170位于開口122下的情況中，應(yīng)用脈沖激光束115，引起從發(fā)光元件160爆發(fā)性地釋放芯片170。向上力引起所釋放芯片170進入開口122，且真空流135a及135b引起該釋放芯片170朝向隧道130a及130b行進。離開管140a及140b的加壓氣流145a及145b還用以推進該行進芯片170朝向隧道130。

取決于相對于真空130及加壓空氣145的芯片170的初始剝離軌跡方向及速度，芯片170可直接或在一些跳彈之后進入真空隧道130中的其中一個真空隧道。理想地，因為芯片170的速度將不斷減少且因此越來越受到真空135a、135b及加壓氣流145a、145b影響，所以即使芯片170圍繞腔125內(nèi)跳彈，芯片170最后仍將進入隧道130a、130b中的其中一個。

發(fā)明者已使用高速相機記錄了關(guān)于基臺150及開口122的激光剝離操作，并且已觀察到一些芯片170離開開口122且引起損傷。

在一些情況下，芯片170懸停在開口122下方且最后倒吸回腔125，未引起任何不利影響。然而，在其他情況下，如圖1b中所示出，芯片170以足夠向下的速度行進，其使真空流135a、135b及加壓氣流145a、145b不足以在芯片170離開開口122且碰撞基臺150之前逆轉(zhuǎn)或變更其方向。此向下行進的可能原因是芯片170沿腔125的壁或頂部表面的跳彈。由于真空流135a、135b及加壓氣流145a、145b，最跳彈的芯片170可能最后吸入隧道130a、130b，但一些芯片170借助所安裝發(fā)光元件160通過開口122離開且碰撞基臺150。

在不具有所附接的藍寶石芯片170的情況下，如果離開的芯片170(即，帶有已用激光器移除芯片170的元件160)在發(fā)光元件160所在的位置處碰撞基臺150，則即使處于低速，該半導(dǎo)體表面的脆弱本質(zhì)仍將可能導(dǎo)致元件160的毀壞。

圖1c示出了所觀察到的失敗機制，其中離開的芯片170在sc120的下外表面126與基臺150之間重復(fù)跳彈，引起（經(jīng)常）對于基臺150上的多個元件160的實質(zhì)損傷。

如上文所解釋，已在一組生產(chǎn)過程中觀察到由于激光剝離后的機械損傷高達0.236%的產(chǎn)率損耗；且如隨后所確定，此損耗產(chǎn)率的絕大部分(90%)是由于離開的芯片170遭受的損傷。還觀察到由于圖1c中所示出的重復(fù)跳彈，產(chǎn)生實質(zhì)上多數(shù)的損傷。

圖2a示出了藍寶石收集器220的實例性實施例，該收集器實質(zhì)上減少在激光剝離后對發(fā)光元件的機械損傷的可能性。

尤其應(yīng)注意，sc220包括單一隧道230，其具有管狀部分231及張開部分232。張開部分232的窄端連接至管狀部分231，且寬端連接至腔225。張開部分232可以是圓錐形部分（諸如已移除尖端的圓錐形）。張開部分232與管狀部分231可均具有圓形橫截面，或該形狀可以是更復(fù)雜。例如，張開部分232在其寬端可具有長方形橫截面，其中張開部分232敞開至腔225，且在其窄端具有圓形橫截面，在其窄端處張開部分232耦合至管狀部分231。在可替換實施例中，用于張開部分232或管狀部分231的橫截面可具有任何適合橫截面（例如，方形、三角形、橢圓形）。同樣地，腔225可具有長方形橫截面、圓形橫截面或任何適合橫截面。腔225的橫截面可以是沿其整個高度均相同或可以不同。

隧道230是保持在負壓力處，導(dǎo)致真空力或真空流235。盡管此更寬的隧道230可能需要比圖1更窄隧道130a、130b更大的真空力235，但如下文所進一步詳細描述，可提供特征以減少所建立真空的損耗。

激光元件110提供經(jīng)由閘128進入sc220的脈沖激光束115。閘128經(jīng)設(shè)計以不阻擋激光束115，但防止任何藍寶石芯片170在進入腔225后離開。閘128可以是(例如）透鏡元件或簡單地是光柵。

在sc220下，具有所附接的藍寶石襯底芯片170的多個發(fā)光元件160安裝在基臺150上。在激光剝離期間，由使sc220相對于基臺150移動或使基臺150相對于開口222移動至sc220的腔225，而使sc220位于具有所附接藍寶石芯片170的發(fā)光元件160上。

在發(fā)光元件160及芯片170位于開口222下的情況中，從激光源110應(yīng)用脈沖激光束115，引起從發(fā)光元件160爆發(fā)性地釋放芯片170。

盡管腔225示為具有連接至隧道230的單一側(cè)及與連接至隧道230相對的扁平側(cè)，但可以設(shè)想其他構(gòu)造且包括于本發(fā)明的范圍內(nèi)。腔225可具有圓形橫截面或任何其他適合橫截面，例如，方形、三角形、橢圓形。腔225可由橫截面的任何適合組合（例如，緊鄰激光器110的圓柱形部分及靠近晶片150的方形橫截面)形成。

sc220包括兩個成角度的噴嘴，或?qū)⒐?40a及240b耦合至腔225的空氣推進器250a及250b(共同地稱為空氣推進器250)，且可突出至腔225。這些管240a、240b經(jīng)由空氣推進器250a及250b將壓力流245a及245b引導(dǎo)至腔225?？諝馔七M器250a的其中一個位于靠近腔225的頂部，且成角度向下（即，朝向開口222），以減少所釋放的芯片170將碰撞腔225的頂部表面且從腔225的頂部表面跳彈的可能性，和/或減少該跳彈芯片將被引導(dǎo)朝向拾取開口222的可能性。另一空氣推進器250b位于靠近腔225的底部，且成角度向上（即，遠離開口222）以將芯片170或任何跳彈芯片170引導(dǎo)至張開部分232，進一步減少跳彈芯片170將被引導(dǎo)朝向拾取開口222的可能性。

如圖2b（250a的側(cè)視圖、橫截面)及圖2c（250a的正視圖）中所示出的，空氣推進器250a、250b可被成形為具有例如薄但長開口/狹縫255a、255b的平行六面體的卷形（圖2a中沒有示出)的氣刀。該氣刀可延伸穿過腔225的內(nèi)表面且引導(dǎo)流240a、240b通過窄狹鏠255a、255b朝向張開部分232，藉此在腔225中建立高速度氣體層流?？諝獾倪@些層流建立剪切層，剪切層最小化芯片170通過該剪切層的可能性，特別是跳彈芯片170通過剪切層而不被引導(dǎo)朝向張開部分232的可能性。氣刀250a、250b的薄開口255a、255b還限制進入腔225的空氣體積，由此減少腔225內(nèi)真空壓力235的損耗，且增加sc220的拾取開口222處的真空力。盡管此實例性氣刀具有長方形橫截面(其具有被成形為碾磨過的長方形的狹縫），但可設(shè)想用于該氣刀及該狹縫的任何其他適合形狀（諸如配置在線中的多個孔口）且該形狀可包括于本發(fā)明的范圍內(nèi)。

由于空氣推進器250a、250b的氣刀形狀，絕大多數(shù)芯片170(特特別是跳彈芯片170，其速度伴隨每次跳彈不斷減少)將通常進入張開部分232。然而，一些芯片170可落在斜壁233上。因為這些芯片170沒有初級氣流進入隧道230，所以可能沒有足夠的真空力以將芯片170拉上斜壁233，且一些芯片170可朝向拾取開口222下滑。為防止這些芯片掉出拾取開口222，可圍繞拾取開口222放置擋板280，從而形成溝槽（其中含有芯片170）?？商峁┯糜趶挠蓳醢?80形成的溝槽周期性地移除所捕獲的芯片170的構(gòu)件。

sc220的外部可成形為減少由于跳彈芯片170（諸如圖1c中所示出)造成的極度損傷的可能性。尤其應(yīng)注意，拾取開口222可由用于實質(zhì)上偏斜跳彈芯片170的斜壁270形成，從而最小化圖1c的重復(fù)跳彈圖案的機會。以類似方式，下部結(jié)構(gòu)275可以是傾斜的以進一步防止重復(fù)跳彈圖案。

在本發(fā)明的實施例中，真空力235及壓力245的量可以是可調(diào)整的以為被剝離的藍寶石芯片170的特殊尺寸及形狀提供最佳氣流。以類似方式，襯底150上的sc220的高度272可以是可調(diào)整的以將至開口222的氣流最佳化，同時是與基臺150上的實際高度—樣高，以避免由以低速離開開口222的芯片170損傷且在該芯片170碰撞所曝露的半導(dǎo)體160之前倒吸回開口222。所升高的高度還用以通過增加降落芯片170曝露至相反方向的真空力的時間而減少降落芯片170可用以碰撞基臺150的力。

圖3示出了圖2的藍寶石收集器的實例性尺寸，且表1示出了每個參數(shù)或者尺寸的實例值。

如所示出的，空氣推進器250a、250b的數(shù)量可等于或大于1。如果僅提供一個空氣推進器250，則該空氣推進器250可位于靠近腔225的頂部，以防止芯片跳彈出腔225的頂部。如果提供兩個以上空氣推進器250a、250b，則該空氣推進器250a、250b的取向角可以是從角度a1連續(xù)改變至角度a2。

盡管隧道的位置與推進器250a、250b對準，但該對準僅需要是近似，且可能取決于隧道230中真空及來自空氣推進器250a、250b的壓力的相對強度。例如，如果該真空力大，使得絕大多數(shù)芯片進入隧道230而無需來自空氣推進器250a、250b的幫助，則空氣推進器250a、250b可位于腔225中的更高處，其功能主要是重新引導(dǎo)具有高垂直速度的那些芯片朝向水平且引導(dǎo)至隧道230。

為了最佳化生產(chǎn)時間，快速移動基臺150或sc220以在開口222下放置每個下一個具有芯片170的半導(dǎo)體160。在一些實施例中，由于平臺移動的加速及減速，基臺150以變化的速度vs行進，且當具有芯片170的半導(dǎo)體160行進至開口222下時激勵激光器。剝離后所得的芯片速度將等于行進速度vs及由真空vv引發(fā)的速度的矢量和，包括由于芯片170從半導(dǎo)體160激光分離所致的初始速度。當激勵激光器時，此矢量和vvs必須指向開口222內(nèi)。因此，開口222可以是細長形（長方形）以容納由橫向行進速度vs產(chǎn)生的偏移。以類似方式，如果sc220以速度vs行進且基臺150保持固定，則開口222還可以是細長形以容納sc220的移動。在一些實施例中，基臺150經(jīng)移動以將下一個具有芯片170的半導(dǎo)體160放置在該開口下，且在激勵激光器之前完全停止。

表1的其他參數(shù)及尺寸對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講本身是清楚的，且不需要進一步詳述。

如上文所解釋，高速相機記錄已提供證據(jù)，即，使用本發(fā)明各方面的產(chǎn)率損耗在一個實例中已從0.236%減少至0.023%量級。此外，散出率（每被處理芯片數(shù)量的離開拾取開口的芯片數(shù)量）已良好地平均從4.31%（25/580）減少到0.24%（1.4/580）量級。

盡管已在附圖及先前說明書中詳細示出了并且描述了本發(fā)明，但這些示出及描述是示意性或例示性的而不是限制性的；本發(fā)明不限于所揭示的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在實踐所要求保護的發(fā)明時根據(jù)對附圖、公開內(nèi)容及隨附權(quán)利要求書的研究，對于所公開實施例的其他變化也是可以理解和有效的。在權(quán)利要求書中，單詞“包括”不排除其他元件或步驟，且不定冠詞“一”不排除復(fù)數(shù)。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉的特定措施的簡單事實并不代表這些措施的組合不具有優(yōu)越性。權(quán)利要求書中的任何附圖標記不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。