LED目前在各種產(chan) 業(ye) 均被廣泛且大量應用，包含各種電子裝置之背光如手機，電視，平版電腦，或於(yu) 汽車產(chan) 業(ye) 之應用也需要高功率LED提供之照明。
        LED相較於(yu) 傳(chuan) 統白熾光源與(yu) 螢光光源而言，其功率遠高於(yu) 後者，並逐漸於(yu) 綠色替代能源產(chan) 業(ye) 具有更高的重要性。隨著LED逐漸在電子產(chan) 業(ye) 或社會(hui) 上被廣泛的使用，於(yu) 生產(chan) 工藝上提高產(chan) 能與(yu) 量率以降低終端產(chan) 品成本，變的是一項非常重要之課題。

        提升產(chan) 能的其中一項關(guan) 鍵工藝為(wei) 矽片劃線與(yu) 切割工藝。LED激光劃線工藝相較於(yu) 傳(chuan) 統機械劃線工藝具有許多優(you) 勢，包含更高的劃線速度，降低微裂紋結構(micro-cracking )，劃線工藝中對於(yu) 矽片不施加機械應力，並可靈活應用許多特殊硬脆材料如藍寶石矽片(sapphire)與(yu) 氮化镓(GaN)。在許多藍光，綠光，與(yu) 白光LED產(chan) 品需要應用此二種材料才可達到最終要求。更重要的，激光加工可以達到更細的線寬(kerf widths)，降低材料損失，提高單位矽片切割出之芯片。由於(yu) 激光具有許多先天上之優(you) 勢，此工藝必須搭配高精度與(yu) 可靠之運動係統以實現激光加工之所有優(you) 勢。係統機構(定位平台)設計，結構，與(yu) 運動控製器之搭配必須格外注意。

        於(yu) LED劃線應用，有二種定位平台大量被采用。Aerotech專(zhuan) 精於(yu) 此二種定位平台之設計生產(chan) ，以達到最高之產(chan) 能與(yu) 精度。搭配先進運動控製器，Aerotech運動次係統可產(chan) 生最高等級量率，產(chan) 能，與(yu) 性能之LED激光劃線設備。

直線電機 XY 運動係統
       Aerotech之PRO225LM-XY (圖.1)定位平台為(wei) 單邊劃線(one-sided scribing)之理想解決(jue) 方案。內(nei) 建之非接觸式直驅直線電機提供高速，無磁滯，背隙，因此於(yu) X與(yu) Y方向可產(chan) 生更高精度與(yu) 重複性之劃線動作，並省去使用旋轉平台之需求。無鐵心之動子線圈提高大推力，並且無頓轉(zero cogging)以產(chan) 生極度平滑之速度與(yu) 位置控製，若應用於(yu) 定頻率激光觸發應用，速度穩定性對於(yu) 激光光斑之間距一致性便是格外重要。PRO225LM具有傑出的動態直線度特性(圖.2)，可降低線寬並提高芯片密度。另外。可達亞(ya) 微米(Submicron)之等級之平行度，可於(yu) 激光多次掃描(multiple passes)時維持材料剝離之一致性。

 
       PRO225LM設計於(yu) 可靠之24x7量產(chan) 應用。直驅直線電機與(yu) 光學尺為(wei) 非接觸式，因此於(yu) 長期作業(ye) 下不需要進行維護保養(yang) 。頂部硬殼與(yu) 張力側(ce) 封包覆可保護定位平台，防止切割工藝中於(yu) 定位平台內(nei) 部有任何材料累積。

         PRO225LM是為(wei) 了產(chan) 生最大的靈活度而設計。根據不同的矽片尺寸，有數種不同之有效行程選項可供選擇。許多種線材管理係統(CMS)可供搭配於(yu) 多軸係統應用，並可搭配真空氣管以應用於(yu) 搭配真空吸盤(vacuum chuck)。

        若於(yu) 工藝上需要更高之精度，Aerotech之ALS25000XY (圖.3)直驅線性平台提供許多相同之優(you) 勢，但可達到相對於(yu) PRO225LM之更高之定位精度。

開框式(Open-Frame)定位平台

       開框式定位平台為(wei) 雙麵劃線之理想解決(jue) 方案，尤其是如果需要於(yu) 底部進行視覺辨識時。ALS3600直驅開框定位平台(圖.4)具有一個(ge) 大孔徑，可應用於(yu) 最大至400mm直徑之矽片。本ALS3600係統於(yu) 設計時，采用了一整體(ti) 性的設計，並非僅(jin) 僅(jin) 將二軸疊加起來，而是以三元件式之整體(ti) 設計，如此可於(yu) 初期加工時，控製平台之重要特性如直角度，直線度，與(yu) 平麵度。此定位平台於(yu) 先天上可達到的優(you) 異直角度與(yu) 傑出之形位公差(geometrical tolerances)。ALS3600可達到之優(you) 異平行度之特性，可應用於(yu) 逐漸窄化之線寬應用，以最大化芯片密度。

      ALS3600之設計目標同樣的，是達到最高之性能與(yu) 可靠度。高精度線性滑軌提供於(yu) 劃線時之高速，重複之運動，同時具有傑出之剛性，負載特性，與(yu) 極低之摩擦力。此平台本質上之高剛性，雖其為(wei) 側(ce) 向驅動(side-driven)，但其可達到之性能特性與(yu) 傳(chuan) 統XY疊加平台相當類似，因此相對於(yu) 傳(chuan) 統側(ce) 向驅動之平台而言，此ALS3600具有大幅的性能提升，而性能提升將直接反映於(yu) 產(chan) 能與(yu) 切割品質。

旋轉平台

     若需要旋轉運動或對位之應用，Aerotech生產(chan) 許多不同之旋轉平台(圖.5)，包含使用無刷伺服馬達之直驅旋轉平台，或渦杆驅動直旋轉平台。定位平台具有許多不同的口徑(apertures)，桌麵直徑，與(yu) 安裝孔位選項提供您於(yu) 劃線應用之設計靈活度。Aerotech旋轉平台提供傑出之定位精度，重現精度，偏擺(wobble)，與(yu) 偏轉(Runout)等特性。

先進控製功能
      使用高精度定位機構來將矽片定位到正確位置並進行激光加工時，同樣的需要先進運動控製器來命令定位平台位移到正確位置並進行伺服閉回路來確保定位平台實際移動倒命令之位置。#p#分頁標題#e#

      Aerotech之Automation 3200 (A3200)為(wei) 多軸，PC-Based軟體(ti) 運動控製器(圖.6)，可以進行最高至32軸同步運動。運動控製器之軟體(ti) 結構可簡易的與(yu) 其他裝致整和如激光控製，視覺係統，資料存取，與(yu) 客製化人機介麵。Automation 3200包含數位示波器軟體(ti) 可用於(yu) 先進的係統診斷，包含頻率響應分析以提高係統性能與(yu) 頻寬，同時可過濾掉可能產(chan) 生控振之頻率之饗應。

除了超過三十組之高性能標準控製功能外，A3200同時提供先進運動控製演算法與(yu) 硬體(ti) ，可最小化外界幹擾產(chan) 生之誤差，並提高追隨能力。提高產(chan) 能與(yu) 劃線品質。正交度校正功能提供使用者可校正矽片與(yu) 真空吸盤之間之對位誤差。疊代學習(xi) 型控製可藉由學習(xi) 最佳化路徑，降低追隨誤差，並提高動態精度。2D校正與(yu) 位置同步輸出於(yu) 激光劃線應用，同樣提供額外的優(you) 勢。


2D 校正

       多軸誤差補償(chang) 功能提供誤差補償(chang) 表以補償(chang) 各軸間(Cross-axis)之位移誤差與(yu) 軸直角度公差。校正檔案可以產(chan) 生各軸間之校正位移以補償(chang) 垂直軸之正交度與(yu) 可重複之直線度誤差。不像一般直角度補償(chang) 功能，2D校正功能又額外移除於(yu) 矽片圓周之偏航(yaw)誤差，確保整片矽片之直線度與(yu) 平行度，並提供更窄之切割道(圖.7)。


位置同步輸出 (PSO)
      激光劃線應用需要精密控製與(yu) 定位激光脈衝(chong) 以達到恒定的劃線品質，並最小化熱影響區(heat-affected zone)。當使用定頻率觸發之激光時，若需達到上述目標則相當困難與(yu) 具有高複雜度，原因在於(yu) ，使用者需要確保運動過程之速度穩定性，因為(wei) 速度不穩定將會(hui) 造成脈衝(chong) 間距之不等性。Aerotech之位置同步輸出(PSO)功能解決(jue) 了這個(ge) 問題。PSO可直接將編碼器回饋直接進行即時的激光觸發，甚至於(yu) 加減速區均可產(chan) 生一致的激光脈衝(chong) ，而不因速度變化而影響觸發距離。脈衝(chong) 使用校正後之資訊，因此可確保光般重疊之一致性。PSO輸出頻率最高至10 MHz，並去有極低延遲時間，因此可確保工件品質並降低生產(chan) 時間。當激光輸出頻率需為(wei) 定頻率時，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(yu) 各種激光溝通，以達到極度同步之激光控製。PSO功能包含數種簡易可使用之模式以供不同應用之搭配，如窗口觸發(Windowing)，於(yu) 窗口觸發時脈衝(chong) 將被限製於(yu) 使用者定義(yi) 之區域，第一發脈衝(chong) 為(wei) 窗口觸發之邊緣。
真空吸盤

       為(wei) 了降低係統研發時間與(yu) 降低成本，Aerotech生產(chan) 並整合高精度，客製化之真空吸盤(圖.8)。這些真空吸盤包含應用於(yu) 200mm與(yu) 300mm之矽片設計，包含一組或者多組真空區域。 Aerotech具有領先業(ye) 界之升產(chan) 能力，可提供標準3 µm平麵度之真空吸盤，甚至最高可使用選配之1 µm之真空吸盤(若使用300mm矽片吸盤)。水平調校機製與(yu) 矽片取放裝置可與(yu) 此吸盤整合。另外，Aerotech具有多年經驗的工程師可以設計出與(yu) 任何機械手臂整合之吸盤。

結論

       若要成功切割LED矽片，使用者需要有一套先進之運動控製次係統。若僅(jin) 將一或二組運​​動零組件進行最佳化，將無法達到高精度之運動需求。換言之，機電整合(Mechatronic)將是達到高精度運動之唯一途徑。選擇並整合適合之定位平台，機構設計，與(yu) 控製科技可大幅提高LED之芯片密度並最小化切割道寬度，以提高生產(chan) 產(chan) 能與(yu) 效率，並同時降低成本。

作者：台灣鐳射科技應用協會(hui) 、《激光製造商情》