Incisione laser nell'industria solare fotovoltaica

L'incisione laser dei wafer LED è una sfida poiché il materiale è relativamente trasparente attraverso la porzione visibile dello spettro elettromagnetico. Il GaN è trasparente al di sotto dei 365 nm e lo zaffiro è semitrasparente al di sopra dei 177 nm. Pertanto, i laser Q-switched a stato solido con pompa a diodi (DPSS) a frequenza triplicata (355 nm) e quadruplicata (266 nm) sono la scelta migliore per la tracciatura a LED. Mentre i laser ad eccimeri sono disponibili anche in questa gamma di lunghezze d'onda, i laser DPSS hanno un ingombro molto ridotto e possono raggiungere larghezze di taglio molto più strette e richiedono molta meno manutenzione.

Riducendo le microfessure e la propagazione delle cricche, l'incisione laser consente ai dispositivi LED di essere molto più ravvicinati, migliorando sia la resa che la produttività. Poiché in genere potrebbero esserci più di 20.000 dispositivi LED discreti su un singolo wafer da 2 pollici, la larghezza di taglio influisce in modo critico sulla resa. È stato anche dimostrato che la riduzione delle microfessurazioni durante il processo di separazione degli stampi migliora l'affidabilità a lungo termine dei dispositivi LED. La resa è migliorata con l'incisione laser riducendo la rottura del wafer. La velocità del processo di incisione e rottura laser è anche molto più veloce rispetto al taglio meccanico tradizionale. La più ampia tolleranza di processo dei laser e l'eliminazione dell'usura e della rottura della lama si traducono in un processo di produzione più robusto e altamente affidabile a un costo inferiore.

I laser a stato solido pompati a diodi (DPSS) hanno dimostrato il loro valore nella produzione di dispositivi a film sottile a-Si. I laser Q-switched vengono utilizzati per i tre principali processi scribe, noti come scribe P1, P2 e P3, che separano il grande dispositivo planare in una serie di celle fotovoltaiche interconnesse in serie. I processi scribe comportano la rimozione di vari materiali a film sottile (tipico da 0,2 a 3,0 μm) con danni collaterali minimi al substrato di vetro o ad altri film.

Per la tracciatura P1, un film sottile di materiale TCO (ossido conduttore trasparente) - tipicamente SnO2 - viene rimosso dal substrato di vetro e viene generalmente ottenuto con laser Q-switched da 1064 nm. Questo processo richiede fluenze laser relativamente elevate a causa della trasparenza ottica e della durezza meccanica del film TCO. Con Spectra-Physics HIPPO™ 1064-27, si ottengono graffi P1 larghi 50 μm a velocità leader del settore. La breve larghezza dell'impulso del laser e l'eccezionale stabilità dell'energia da impulso a impulso consentono l'elaborazione a 200 kHz PRF (frequenza di ripetizione dell'impulso), che si traduce in velocità di scrittura di 8 m/sec.

Gli scribi P2 e P3 utilizzano tipicamente laser a 532 nm, principalmente perché la luce è fortemente assorbita dallo strato assorbente solare di silicio. Lo scriber P2 rimuove solo lo strato di silicio, mentre lo scribe P3 rimuove anche i film aggiuntivi di metallo/TCO a contatto posteriore. Una breve durata dell'impulso è essenziale per ottenere risultati di scriba con la massima efficienza. Se combinato con un'eccellente stabilità dell'energia dell'impulso ad alta PRF, si ottengono velocità di scrittura di 12 m/sec con il sistema laser Spectra-Physics HIPPO 532-15 che opera a 160 kHz PRF.

I materiali ceramici sono ampiamente utilizzati nei settori della microelettronica, dei semiconduttori e dell'illuminazione a LED a causa delle loro proprietà di isolamento elettrico e termicamente conduttive, nonché per le loro capacità di servizio ad alta temperatura. La loro fragilità rende la lavorazione laser attraente rispetto alla lavorazione convenzionale, in particolare per la produzione delle caratteristiche sempre più piccole e complesse richieste per gli imballaggi di microelettronica avanzata.Vedi Scrivere in ceramicaUso di Talon®UV pulsato e laser verdi per ulteriori informazioni.

Per mostrare il vantaggio della capacità di divisione degli impulsi della tecnologia TimeShift, abbiamo generato graffi laser alla stessa velocità e PRF per vari livelli di fluenza. Sono stati raccolti due set di dati; uno con un'uscita a impulsi di un singolo impulso di 25 ns e uno con un burst di cinque sub-impulsi di 5 ns separati da 10 ns. I dati sulla profondità di Scribe mostrano l'evidente vantaggio dell'utilizzo della microlavorazione burst con suddivisione degli impulsi rispetto alla lavorazione a singolo impulso. È stato osservato un aumento della profondità di ablazione tra il 52% e il 77% a seconda del livello di fluenza. Abbiamo anche osservato un miglioramento della qualità dello scribacchino a impulsi separati. Vedi taglio del vetro e incisione su silicone Excel con Quasar®Tecnologia TimeShift™ per ulteriori informazioni.