Laser scribing in zonne-pv-industrie

Laser scribing LED wafers is een uitdaging omdat het materiaal relatief transparant is door het zichtbare deel van het elektromagnetisch spectrum. GaN is transparant onder 365 nm en saffier is semi-transparant boven 177 nm. Zo zijn frequentie verdrievoudigde (355 nm) en frequentie verviervoudigde (266 nm) diodegepompte solid state (DPSS) Q-switched lasers de beste keuze voor LED scribing. Hoewel excimerlasers ook beschikbaar zijn in dit golflengtebereik, hebben DPSS-lasers een veel kleinere voetafdruk en kunnen ze veel smallere snijbreedten bereiken en veel minder onderhoud vereisen.

Door microkraak en scheurvoortplanting te verminderen, kunnen de LED-apparaten met laserscribing veel dichter bij elkaar worden verdeeld, waardoor zowel de opbrengst als de doorvoer worden verbeterd. Omdat er doorgaans meer dan 20.000 afzonderlijke LED-apparaten op een enkele 2-inch wafer kunnen zijn, heeft de snijbreedte een grote invloed op de opbrengst. Het verminderen van micro-cracking tijdens het matrijsscheidingsproces is ook aangetoond dat het de betrouwbaarheid op lange termijn van de LED-apparaten verbetert. De opbrengst wordt verbeterd met laser scribing door waferbreuk te verminderen. De snelheid van het laserschrijf- en breekproces is ook veel sneller dan traditioneel mechanisch snijden. De bredere procestolerantie van lasers en de eliminatie van bladslijtage en breuk vertalen zich in een robuuster, zeer betrouwbaar productieproces tegen lagere kosten.

Diodegepompte solid state (DPSS) lasers hebben hun waarde bewezen bij de vervaardiging van a-Si dunne filmapparaten. Q-switched lasers worden gebruikt voor de drie principe scribe processen – bekend als de P1, P2 en P3 scribes – die het grote planaire apparaat scheiden in een array van serieinterconnected fotovoltaïsche cellen. De schrijfprocessen omvatten het verwijderen van verschillende dunne film (0,2 – 3,0 μm typische) materialen met minimale bijkomende schade aan het glassubstraat of andere films.

Voor P1-scribing wordt een dunne film van TCO -materiaal (transparant geleidend oxide) – meestal SnO2 – uit het glassubstraat verwijderd en wordt deze meestal bereikt met 1064 nm Q-geschakelde lasers. Dit proces vereist relatief hoge laserfluences vanwege de optische transparantie en mechanische hardheid van de TCO-film. Met de Spectra-Physics HIPPO™ 1064-27, worden 50 μm brede P1-schriftgeleerden bereikt met toonaangevende snelheden. De korte pulsbreedte van de laser en de uitzonderlijke pulse-to-pulse energiestabiliteit maken verwerking bij 200 kHz PRF (pulse repetition frequency) mogelijk, wat zich vertaalt in schrijfsnelheden van 8 m/sec.

P2- en P3-schriftgeleerden gebruiken meestal 532 nm-lasers, voornamelijk omdat het licht sterk wordt geabsorbeerd door de silicium zonneabsorberlaag. De P2-scribe verwijdert alleen de siliciumlaag, terwijl de P3-scribe ook de extra backcontact metal/ TCO-films verwijdert. Een korte pulsbreedte is essentieel voor het bereiken van de beste resultaten. In combinatie met een uitstekende pulsenergiestabiliteit bij hoge PRF worden schrijfsnelheden van 12 m/sec bereikt met het Spectra-Physics HIPPO 532-15 lasersysteem dat werkt op 160 kHz PRF.

Keramische materialen worden veel gebruikt in de micro-elektronica-, halfgeleider- en LED-verlichtingsindustrie vanwege hun elektrisch isolerende en thermisch geleidende eigenschappen, evenals vanwege hun hogetemperatuurservicemogelijkheden. Hun broosheid maakt laserverwerking aantrekkelijk in vergelijking met conventionele bewerkingen, met name voor het produceren van de steeds kleine en ingewikkeldere functies die nodig zijn voor geavanceerde micro-elektronicaverpakkingen.  Zie Ceramic Scribing met Talon®Gepulseerde UV- en groene lasers voor meer informatie.

Om het voordeel van de pulssplitsingscapaciteit van TimeShift-technologie te laten zien, genereerden we laserschrijvers met dezelfde schrijfsnelheid en PRF voor verschillende fluenceniveaus. Er werden twee reeksen gegevens verzameld; een met een pulsuitgang van een enkele 25 ns-puls en een met een burst van vijf subpulsen van 5 ns gescheiden door 10 ns. Scribe dieptegegevens laten het duidelijke voordeel zien van het gebruik van pulse splitting burst micromachining ten opzichte van single pulse machining. Afhankelijk van het fluentieniveau werd een toename van de ablatiediepte tussen 52% en 77% waargenomen. We zagen ook een verbetering in de kwaliteit van split pulse scribe. Zie Glass Cutting en Silicon Scribing Excel met Quasar®TimeShift™ Technologie voor aanvullende informatie.