前言
最近因为能源的利用议题，让蓝光LED最近火红的狠！
相信有不少的专业朋友都知道现行的白光LED都是以高亮度的蓝光LED加上萤光粉制造而成，各家都有其专业的技术。目前流行的作法据我所知有背金、粗化、磊晶前蚀刻等，而最近当红的是磊晶前蚀刻的作法，遽闻此制程方式能让发光亮度最好。
背金制程顾名思义就是在晶片的背面镀上一层金属，使发光层的光线得以因折射而让发光效率更高。但是由于晶片已经研磨至100um以下的厚度，在执行蒸镀制程时，容易发生破片的损失。当然，也因为晶片厚度的关系，使得晶片产生翘曲，蒸镀后的膜厚均匀性也有某些差异。
粗化制程的方法就有很多不同方式，但是大部分都是在发光区作一些文章，而此制程方式的主要影响就在发光区蚀刻的均匀度。若粗化制程控制得当，再有效的搭配上背金制程........发光亮度即有不错的加分！
最近正热的磊晶前蚀刻制程，就是在磊晶制程前，就将蓝宝石基板先作蚀刻，遽闻此制程能获得最好的亮度。有人造山，也有人挖孔..........各有各的专业knowhow！
然而，这些制程的方式，就以磊晶前的蚀刻最容易在晶片研磨时产生致成问题！
因为结构应力的关系，加上各家磊晶厂的技术专业不同，有的晶片还算平整，有的晶片却像波浪般的卡迪纳的厚切洋芋片
........使得研磨后的生产良率受到严重的影响............更让许多LED的后制程代工厂敬而远之.......
个人在蓝光LED制程之中的见解，最容易遭受严重损失的，应属研磨制程！毕竟在晶片的制程状态下，经过了磊晶、黄光、蚀刻、薄膜，研磨之前已属半成品。况且，目前的研磨技术已经不再是一片片的慢慢磨，而是一次5~8片，甚至12片.......一个控制不好，损失情况不在话下..... ....
当然，还有很多可以利用的方法让亮度提高，但是是否能够让各制程可以顺利的生产，一直是各家LED厂思考的问题。
LED晶片研磨首部曲----上腊
一般LED研磨设备大多数是SF牌的Lapping，对于二~四元的红、黄光晶片研磨生产，已经十分充足。但是由于近几年来蓝光LED的专利技术解放，晶片得以大量生产制造，Lapping的研磨方式对于硬度高的蓝宝石基板显得相当吃力。因此，开始有人发展切削力更高的Grinding研磨方式，蓝光LED研磨设备也慢慢的变更为制程工时仅需二分之ㄧ的Grounding研磨设备。
因着Grinding研磨设备的高速切削力，让蓝光LED的研磨制程获得大幅改善。但是，却无法有效的应用在基板脆弱的红、黄光研磨制程上。
LED晶片研磨制程的第一个动作就是「上腊」，这与矽晶片的CMP化学研磨的贴胶意义相同。上腊的目的在于，将晶片固定在铁制(Lapping制程)或陶瓷(Grounding制程)圆盘上。先将固态蜡均匀的涂抹在加热约90~ 110 ℃的圆盘上，再将晶片正面置放贴附于圆盘，经过加压、冷却后，晶片则确实固定于盘面，完成上腊的动作。
上腊的制程，主要必须控制腊的厚度在2~3um，这与固蜡的选择，以及加压方式、条件，都有直接影响，并且直接关系着研磨后的完工厚度均匀性。而上腊机的加压、冷却机构部分，大致可分成两种，一为使用两圆盘直接加压方式，另一种则是除了加压圆盘外，还增加了一个真空舱，在加压时将舱体抽真空，增加将蜡均匀压平的效果。这两种方式，其实严格来说，差异并不大.........但是某些晶片，却不适用于真空加压的方式上腊！例如晶片若是在磊晶制程前就已经在晶片正面的平边作刻号，当加压抽真空时，因为平边的刻号隆起，会造成晶片下的腊被真空吸出，导致腊厚不足。研磨时，平边区域非常容易就被磨掉。除了造成研磨缺角，也因裂痕的产生，容易使晶片破裂。
然而，加压、冷却的设计也有不同，一般下圆盘都会有冷却水管路盘绕在盘内。但是有的是加压后数十秒或两分钟才开始加冷却水作冷却，而有的则是边加压、边冷却。但是个人在使用上的经验，以加压后，等待约数十秒或一分钟再进行冷却为宜。
当上腊作业时，有一个让人头疼的问题，就是晶片上腊时的气泡。气泡会使晶片因此而无法完全贴附于铁盘或陶瓷盘上，研磨后会造成小裂痕。(PS.附带说明，若晶片研磨后产生小十字型或人字型裂痕，则是上腊时有微尘未被清除而造成。)但是，近来已经有自动上腊机，如WEC、TECDIA。在Robot取片时，就能将气泡大小控制在0.5mm以下，在经过加压冷却后，晶片上腊的状况就十分良好。但是若以SpeedFAM的手动上腊机进行上腊时，去除腊中1mm大小的气泡，就必须依靠操作者的经验与方法，才能获得最佳的上腊效果。
学会上腊，是LED研磨制程中的第一步，不同的设备设计，伴随着不同的上腊结果。所以必须了解其设备原理，才能有效地克服制程上的困扰，让下一步的研磨制程更顺利！
LED晶片研磨二部曲----研磨
在上腊制程作业完成后，接下来的制程就是破坏力最高的「研磨制程」。
过去最成熟的研磨制程就是Lapping，即是将晶片使用氧化铝研磨粉作第一次研磨。其作业方式是使用千分表量测与设定铁盘外围的钻石点，再将其放置于磨盘上，使用研磨粉作研磨。使用钻石点的目的在于让晶片研磨至设定厚度时，由于钻石的硬度最高，所以晶片就不致于再被磨耗。
但是，由于蓝光LED基板为蓝宝石，硬度高！所以使用Lapping的方式研磨时，会导致制程时间过长。因此，近几年来以Grinding的方式进行蓝光LED的晶片研磨，降低制程工时。
然而，由于Grinding研磨方式的破坏力比Lapping更大，所以此制程并不适用于质地较脆的红、黄光晶片。所以，Lapping与Grinding的研磨制程，就有如所谓的：有一好，就没有两好.........
而红、黄光与蓝光的研磨制程，在不同的条件之下，由此开始有了不同的制程作业路径！
由于Lapping是成熟的研磨制程技术，重点在于研磨粉中的氧化铝粒径，通常有经验的工程师都会要求供应商作过筛的作业。所以只要此要点有做执行，一般遇到的问题大多在于磨盘的凹盘或凸盘控制。在此就不多作赘述...........
Grinding制程设备可分成卧式与立式两种，卧式研磨机所指的是研磨马达与水平面平行，可适用于八片式以下的研磨设计。但是若为12片式研磨时，因陶瓷盘过大，则无法使用此设计方式。立式研磨机所指的是研磨马达与水平面垂直，而八片式以上的研磨机以此设计为主。
在Grinding的制程方式中，使用钻石砂轮搭配冷却液(冷却油+RO水或DI水)或钻石切削液来研磨晶片。虽然冷却方式会依原设计者的制程理念与经验而有所不同，但是并不影响制程的结果。此制程作业之中，最主要的在于工作轴与砂轮轴的调整必须呈平行。再来，就是砂轮的磨石结构。
砂轮的磨石除了钻石粒径之外，就是烧结的配方与温度，这会对研磨后的品质与砂轮寿命造成不同的结果。一般而言，砂轮的烧结都是供应商的机密，使用端无法得知。然而，砂轮上磨石的设计，也可产生不同的研磨效果与使用寿命。而目前我所使用过的砂轮设计，以磨石呈长条块状的圆周排列方式最佳。而圈数约为三圈以上，可以让砂轮的使用寿命较长。
因为砂轮的磨石结构与Dicing Saw的钻石刀相同，所以都必须作使用修整，目的在于让钻石颗粒的浮出状况最佳化，提高制程的品质与砂轮及钻石刀的寿命。Dicing Saw在刀具第一次使用与切割的过程之中，都会以厚度500um以上的矽晶片作修刀。相同的，砂轮在初次使用与研磨过程之中，也必须使用油石作砂轮修整。
由于Grinding研磨制程的速度效率高，若可以在研磨时将晶片厚度尽可能的减薄，则抛光的工时与成本就能降低。但是，研磨是高破坏性的制程作业，所以晶片减薄有一个极限值；另外，研磨制程中因钻石所造成的刮痕约为15um，所以完工厚度值也影响着研磨减薄的厚度设定。
然而，在个人使用过的Grinding研磨机里，不论是T牌、W牌、SF牌等，最大的极限值都在95~105um。因为蓝宝石基板的硬度与翘曲，而使得完工后在100um以下的结果相当不稳定。
所以，LED的研磨制程主要在设备设计与使用者经验的搭配。但是晶片的本质，仍是影响结果的主因，这就看各路高手如何见招拆招了。
LED晶片研磨三部曲----抛光
在晶片研磨之后，接下来的制程作业就是「抛光」。目的在处理Lapping研磨后产生的深孔，或Grinding研磨后的深刮痕。一般而言，Lapping研磨后的孔洞深度约为10um，Grinding研磨后的刮痕深度为15um~20um。
以Lapping研磨后的抛光制程而言，抛光盘多数使用聚氨酯Pad，即一般所谓的软抛。软抛可以使制程作业后的表面光亮如镜，但是其切削速率极低，约为0.2 um/min。另一个抛光方式是使用锡、铅盘，因其盘面为金属材质，所以一般称为硬抛。硬抛的切削速率可以达到0.7~1 um/min，加工速度比软抛快。然而，使用金属盘做抛光的风险较高。虽然为锡、铅为软质金属，但是盘面的状况必须十分小心的作监控，尤其是盘面的修整。若在修整后，有金属颗粒未除净，抛光后的结果可是「碎碎平安」.........
因此，为了增加切削速率与盘面的稳定性，近年来有了新式的抛光盘，其盘面是树酯，基座是铜。就是现在所谓的「树酯铜盘」。因为盘面材质的硬度介于聚氨酯与锡之间，也被称作是硬抛的一种方式。使用树酯铜盘做抛光，再搭配特制钻石抛光液与每秒的喷洒量，切削率可达2.3~2.8um/min。搭配Grinding的研磨制程，就能增加大量的生产产出。当然，钻石抛光液的消耗量也会随之增加.............但是在产能提升与损失风险较低的生产型态之下，每片晶片的生产成本未必会有增加。
再来，我们继续探讨树酯铜盘的高切削率搭配！
第一要素是铜盘沟槽与沟槽之间的间隙，沟槽与沟槽之间的间隙宽度最好为沟槽宽度的1.3~1.5倍。再来是抛光液的喷出量，必须依据无尘室环境与铜盘冷却温度而去作适当的设定、调整。
重点来了！特殊的抛光液怎么配？
其实，我也不清楚，因为这是各家耗材供应商的knowhow，所以无法完全得知！
然而，我们知道钻石颗粒有单晶与多晶两种，虽然单晶钻石的切削率最高，但是由于颗粒较多晶钻石锐利，所以晶片加工越薄，破片的风险就越高..... ....所以，钻石抛光液大多使用多晶钻石颗粒，不仅切削稳定，若与其他溶剂的配方比例佳，切削速率并不逊色！
然而，以我使用过W牌与T牌的抛光机，以T牌的设计自动化最佳，但是W牌的设计补救能力最强。所以，在使用考量上，我会选择W牌，避免研磨或抛光发生厚度不均匀的异常时，还能对大量的异常施以补救。
目前，我使用过W牌的一台上蜡、两台研磨、一台抛光的五片机系列，加上个人的特殊制程改善，最高纪录可以在15小时产出300片。若以四班二轮作平均计算，一天一个班(12小时)可以产出250片左右。
所以，在适当的设备搭配与使用经验作改善之下，其实抛光是晶片减薄里，最稳定的制造生产！
LED晶片研磨最终曲----下腊清洗
在完成的晶片研磨的减薄作业之后，接下来的作业就是将晶片由铁盘或陶磁盘上取下。
因为Lapping与Grinding制程的使用腊浓度不同，所以加热的温度也不同。一般铁盘的下腊加热温度为70~ 7 5 ℃，陶磁盘的下腊加热温度则为90~ 110 ℃。
将铁盘或陶磁盘放在加热板上加热时，会先喷洒一些去腊液，增加腊的融化速度。加热20分钟后，腊由于受热溶化，使晶片呈现翘曲状。此时，再使用晶片镊子与安全刮刀将晶片由铁盘或陶磁盘上取下。取片时，必须特别注意双手的操作搭配，避免晶片破片或晶片正面遭到刮伤。
将晶片取下之后，接着就是置放于铁氟龙晶舟，使用去腊液、丙酮(ACE)、异丙醇(IPA)作晶片的去腊清洗。
此时，有许多工程人员使用的清洗顺序为去腊液→ ACE → IPA，但是在我测试过后的程序应该是ACE →去腊液→ IPA。
当然，这里就会出现争议……..去腊液的功能是去腊，ACE的功能是去油、水。为什么会先泡ACE呢？
其实，这是我在某家公司时，早期因为残腊所苦，测试了许多去腊液……..最后在一家日本供应商经过分析后，才得到一个结果：ACE可以将晶片上的腊剥离。
所以，先以ACE将晶片上大量的腊作剥离之后，再以去腊液将晶片上少部份的残留腊溶解，如此才能容易去除晶片上的腊。
在我测试后的顺序为ACE →去腊液→去腊液→ ACE → IPA，清洗后的残腊机率较低。制程理论为：先以ACE将晶片上大量的腊剥离，再使用两道去腊液溶解晶片上少量的腊；接着再使用ACE将去腊液的油脂去除，最后使用IPA将ACE去除。
晶片下腊清洗中，建议避免使用超音波震荡。因为晶片厚度都在80~9 5 μ m，使用超音波震荡，就算晶片没有震破，也会内伤。所以只能将溶剂加热，利用加热时产生的热流加速清洗的时间与增加清洗效果。
然而，清洗制程除了浸泡程序之外，就是去腊液的选择。个人测试过的去腊液有：ND、昭和、WEC、芝普、法博、柏连等。
其中以ND去腊液较佳，价格最高。因为其成分为植物性萃取物，为食品级溶剂(老鼠吃不死，但是我没尝过......)，有柚子的味道，对人体没有危害。
而昭和去腊液中含有甲苯，虽然效果不错，价格尚可，但是对人体的危害较大。使用与否，就看企业主的良心了......
其他的去腊液都相当便宜，加热后的气味刺鼻，洗净效果普通。
但是，由于ND去腊液是植物性萃取物，所以其油脂容易被ACE洗净。其余的去腊液为化学合成，容易产生油脂残留，一道ACE通常不易洗净。
所以，晶片下腊清洗由于经验的不同，浸泡程序也有所不同。只要能有效除腊，没有残腊的异常，就是最好的清洗方式！
