用于将平坦的工件分离成多个部段的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于通过使用热激光束分离（TLS）技术来将平坦的工件（1）分离为多个部段（7）的方法和设备。在所述方法中，在所述TLS步骤之前，通过使用又一激光器，借助于局部材料处理，沿着所述工件（1）中的一条或多条预定义分离线产生至少一条改性材料线（2），这使得所述工件（1）沿着所述分离线的断裂应力减小。在这种情况下，在与所述工件（1）的表面相距一定距离处，完全地或至少部分地产生所述线（2）。借助于所述方法实现了分离开的部段的边缘的更高质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将平坦的工件分离为多个部段的方法，其中，在第一步骤中，借助于通过使用穿过工件的表面的激光束进行的局部材料处理，沿工件中的一条或多条预定义分离线产生一条或多条改性材料线，这导致工件沿分离线的断裂应力减小，并且在第二步骤中，借助于热激光束分离沿着分离线将工件分为部段。本专利技术还涉及一种设计用于执行该方法的设备。在许多
中，有必要将较大工件分为多个大体上形状相同的部段或者从工件分离出多个均匀的结构。其中一个示例是半导体产业或者诸如太阳能或光学微机电系统（MEMS）等相关产业中的部件或芯片的单个化。在这种情况下，在公共基板上生产多个部件。一旦已经完全地处理了部件，就必须使部件互相分离以便可以进一步单独地处理这些部件。可以使用所提出的方法和所提出的设备来执行该分离过程和部件的单个化。单个化过程有多种要求，例如，高吞吐量、高质量以及所产生的部件边缘的几何路线足够精确、不同材料的层堆叠的清洁分离、部件的质量无损失、以及每个单个化步骤的成本低。本方法和设备还可以按照相同的方式用在其他
中，例如，用在玻璃和陶瓷产业中。
技术介绍
下文基于在半导体产业中的应用对当将平坦的工件分离为多个部段时存在的问题进行解释，在半导体产业的应用中存在多种用于单个化过程的方法和设备。目前，通常是在机械或基于激光的技术的帮助下对在基板上生产的部件进行分离。此外，还存在如下技术：机械和基于激光的方法的组合、等离子蚀刻方法、以及借助于通过研磨而进行打薄处理的分离方法。所提到的后两种方法和组合方法目前仅处于第二重要的地位。独立于所选择的分离技术，通常，在分离过程之前将待分离的基板固定在托架上，使得基板在处理期间不会滑动，可以按照受控制的方式来分离部件，并且不会丢失已经分离的部件。根据待处理的基板来选择固定类型。例如，在微电子学中，通常选择在单面胶膜和托架的帮助下固定基板。在材料去除激光方法中，在一个或多个脉冲激光束的帮助下，沿着划线框去除基板材料，直到所有部件都已被分离。没有去除或没有切口的激光方法是基于发起并且引导裂纹通过基板。这种没有去除的分离方法的示例是所谓的隐形划片（SD）和热激光束分离（TLS）。在隐形划片中，诸如，例如在EP1716960B1中用于分离工件的隐形划片，具有高脉冲强度的脉冲激光束借助于非线性吸收在工件中产生材料弱化，随后通过机械作用使工件在所述材料弱化处断裂。然而，分离具有200μm的厚度或者更厚的基板需要激光束多次沿着分离线穿过。这增加了处理时间并且因此降低了吞吐量。此外，在该技术中，为了能够在工件中的足够深度处产生非线性效应，工件不可过度地吸收激光辐射。因此，不能够分离高度掺杂的基板，这是因为激光辐射的吸收发生得太过于接近基板。热激光束分离涉及：通过使用由工件充分吸收的激光束产生高热应力来分离工件。借助于所述热应力进行的分离需要借助于在工件上或在工件中的适合的材料弱化来发起破裂。为此，已知的是在待分离工件的边缘处或者沿着分离线将凹口引入到工件的表面中，然后在通过激光束进行的随后的高度局部加热期间借助于该凹口发起裂纹。EP1924392B1在本文中公开了一种根据专利权利要求1的序文的方法。在所述方法中，在TLS步骤之前，借助于通过使用脉冲激光在工件的表面上进行的材料改性，沿着分离线产生改性材料的轨道，这导致工件沿着分离线的断裂应力减小。所述轨道代替之前引入的凹口并且还可以沿着分离线形成有不同的深度，以便补偿工件可能的不同厚度。然而，在表面处的凹口或者引入以代替凹口的材料改性可能使分离的部段或部件的边缘的质量降低。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是指定一种用于将平坦的工件分离为多个部段的方法和设备，该方法和设备可以在高速下进行分离并且所产生的部段的边缘的质量比之前的热激光束分离的要高。借助于根据专利权利要求书1至19中所述的方法和设备来解决该问题。所述方法和所述设备的有利的配置是从属专利权利要求的主题或能够由以下描述和示例性实施例获悉。所提出的方法是一种基于激光的分离方法，其按照没有切口的方式操作。该方法利用热激光束分离（TLS）的技术，其中，通过组合激光束并且沿着分离线进行冷却来将高热应力引入到工件中，这导致该工件沿着分离线断裂。在这种情况下，按照如下方式来选择激光辐射的能量和强度：使工件材料不会被激光束改性，尤其是熔化。优选地使用CW激光（CW：连续波）来用于此目的。在所提出的方法中，通过使用通过工件的表面的又一激光束（尤其是脉冲激光束）进行的局部材料处理来实现需要用于在TLS中发起破裂的材料弱化。在这种情况下，沿分离线产生一条或多条改性材料线。所提出的方法通过如下事实来区分：所述一条或多条线不是唯一地沿着表面产生，而是完全地或至少部分地在工件中与表面相距一定距离处延伸。这可能涉及一条连续地线或者多条分离线，多条分离线也可能沿着分离线相对于彼此相距一定距离。线的厚度或直径也可以在其长度上不同。尤其有利地是，按照如下路线产生各条线：在路线中，线始于工件的表面处，并且随后远离表面移动并且在工件中与表面相距一定距离延伸，该距离也可以在线的长度上不同。因此，待分别分离的部段或部件的边缘的质量仅在破裂的起始位置处的表面处受到材料改性的影响，因此部件或部段边缘的剩余路线可以产生有较高质量。在这种情况下，“较高质量”应理解为主要意味着边缘沿着期望的分离线的几何路线尽可能地精确，没有波动或散裂。通过利用TLS技术，使用所提出的方法可以在分离部段时实现高吞吐量。改性材料线（改性材料线用于在相对于工件的表面相距一定距离处至少部分地发起和引导破裂）的产生同时实现了分离部段或部件的边缘的较高质量，这是因为相对于表面相距一定距离的线段不会对部段或部件边缘有不良影响。在这种情况下，相对于表面相距一定距离的线段或多条线段的长度应尽可能长，但优选地比在表面上前进的线段或多条线段的长度长。所提出的方法的另一个优点是：也可以在首先局部地去除可能存在于在划线框的区域中的工件和/或大量PCM结构（PCM：过程控制监控）的表面上的金属化之前，利用产生线的第一步骤，以便能够充分吸收在工件中的用于随后的TLS的激光辐射，或者以便去除诸如，例如在安全RFID（无线射频识别）中的安全相关结构。因此，方法允许如下两种分离：在划线框中具有大量PCM结构的工件的分离以及存在薄正面金属的分离。此外，该方法还可以用于：例如，在各条分离线上方的激光仅在一次通道（即，仅通过一次）的情况下，分离具有相当大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将工件（1）分离成多个部段（7）的方法，其中，在第一步骤中，借助于使用穿过所述工件的表面的激光束（5）的局部材料处理，沿所述工件（1）中的一条或多条预定义分离线产生改性材料的一条或多条线（2），这导致所述工件（1）沿所述分离线的断裂应力减小，以及在第二步骤中，所述工件（1）借助于热激光束分离沿所述分离线被分成部段（7），其特征在于：所述一条或多条线（2）完全地或至少部分地在所述工件（1）中与所述表面相距一定距离处产生。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.23 EP PCT/EP2013/0021911.一种用于将工件（1）分离成多个部段（7）的方法，其中，
在第一步骤中，借助于使用穿过所述工件的表面的激光束（5）的局部材料处理，沿所述
工件（1）中的一条或多条预定义分离线产生改性材料的一条或多条线（2），这导致所述工件
（1）沿所述分离线的断裂应力减小，以及
在第二步骤中，所述工件（1）借助于热激光束分离沿所述分离线被分成部段（7），
其特征在于：
所述一条或多条线（2）完全地或至少部分地在所述工件（1）中与所述表面相距一定距
离处产生。
2.如权利要求1所述的方法，
其特征在于：
在每种情况下，产生所述一条或多条线（2），使得它们始于所述工件（1）的表面处，并且
随后沿所述工件（1）中的所述分离线相对于所述表面以不同的距离延伸。
3.如权利要求1或2所述的方法，
其特征在于：
在每种情况下，产生所述一条或多条线（2），使得它们始于每个部段（7）在所述表面处
的边界位置处，并且随后沿所述工件（1）中的所述分离线相对于所述表面以不同的距离延
伸。
4.如权利要求1所述的方法，
其特征在于：
在每种情况下，产生所述一条或多条线（2），使得它们始于每个部段（7）在所述表面处
的第一边界位置处，然后沿所述工件（1）中的所述分离线相对于所述表面以不同的距离延
伸，并且在与所述部段（7）上的所述第一边界位置相对定位的第二边界位置处再次到达所
述表面。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，
其特征在于：
所述一条或多条线（2）被产生为熔融材料和/或无定形材料和/或在所述表面处去除的
材料的线。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于：
产生所述线（2）中的至少两条线，所述至少两条线沿所述分离线部分地一个位于另一
个之上。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，
其特征在于：
所述一条或多条线（2）利用沿所述线（2）变化的所述激光束（S）的能量输入来产生。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，
其特征在于：
所述一条或多条线（2）使用脉冲激光束（S）来产生。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，
其特征在于：
所述一条或多条线（2）与所述工件的表面的不同距离通过所述激光束（5）在所述工件
（1）的厚度方向上的焦点位置的变化产生。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，
其特征在于：
在每种情况下，在所述分离线上的将妨碍用于所述热激光束分离的激光辐射耦合至所
述工件（1）中的表面结构或表面金属化的区域中的所述一条或多条线（2）被引导至所述表
面，以便使用所述激光束（5）来局部地去除所述分离线上的所述表面结构或表面金属化。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，
其特征在于：
在所述第一步骤之前，执行与所述第一步骤分离的预处理步骤，借助于所述预处理步
骤，位于所述工件的表面上的一条或多条设想的预定义分离线的区域中的材料、特别是金
属化和/或PCM结构被消除，和/或所述表面被制备用于在所述第一步骤中耦合在所述激光
束中。
12.如权利要求11所述的方法，
其特征在于：
所述预处理步骤包括借助于预处理激光束进行的选择性激光烧蚀，所述预处理激光束
具有比位于所述表面上的材料的烧蚀阈值高并且比所述工件的材料的烧蚀阈值低的束能
量，和/或所述预处理步骤包括借助于局部重熔化对基板表面进行的平滑处理。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，
其特征在于：
在与所述工件（1）的表面相距30μm至150μm的距离（D1）处，特别是在相距40μm至60
μm的距离处，在所述表面的长度的主要比例上产生最靠近所述表面的改性材料的线。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，
其特征在于：
在产生沿所述分离线一个位于另一个之上的所述线（2）中的至少两条的区域中，所述
线之间的深度距离（D2）为至少200μm，和/或在产生沿所述分离线一个位于另一个之上的
所述线（2）中的至少两条的区域中，首先产生较远离所述表面的线，并且然后产生较靠近所
述表面的线。
15.如权利要求1至14中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M科伊茨施，D卢科，A托比施，HU泽尔科，F阿伦斯泰恩，
申请(专利权)人：三D微马克股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE