LED目前在各种产业均被广泛且大量应用，包含各种电子装置之背光如手机，电视，平版电脑，或于汽车产业之应用也需要高功率LED提供之照明。
        LED相较于传统白炽光源与萤光光源而言，其功率远高于后者，并逐渐于绿色替代能源产业具有更高的重要性。随着LED逐渐在电子产业或社会上被广泛的使用，于生产工艺上提高产能与量率以降低终端产品成本，变的是一项非常重要之课题。

        提升产能的其中一项关键工艺为硅片划线与切割工艺。LED激光划线工艺相较于传统机械划线工艺具有许多优势，包含更高的划线速度，降低微裂纹结构(micro-cracking )，划线工艺中对于硅片不施加机械应力，并可灵活应用许多特殊硬脆材料如蓝宝石硅片(sapphire)与氮化镓(GaN)。在许多蓝光，绿光，与白光LED产品需要应用此二种材料才可达到最终要求。更重要的，激光加工可以达到更细的线宽(kerf widths)，降低材料损失，提高单位硅片切割出之芯片。由于激光具有许多先天上之优势，此工艺必须搭配高精度与可靠之运动系统以实现激光加工之所有优势。系统机构(定位平台)设计，结构，与运动控制器之搭配必须格外注意。

        于LED划线应用，有二种定位平台大量被采用。Aerotech专精于此二种定位平台之设计生产，以达到最高之产能与精度。搭配先进运动控制器，Aerotech运动次系统可产生最高等级量率，产能，与性能之LED激光划线设备。

直线电机 XY 运动系统
       Aerotech之PRO225LM-XY (图.1)定位平台为单边划线(one-sided scribing)之理想解决方案。内建之非接触式直驱直线电机提供高速，无磁滞，背隙，因此于X与Y方向可产生更高精度与重复性之划线动作，并省去使用旋转平台之需求。无铁心之动子线圈提高大推力，并且无顿转(zero cogging)以产生极度平滑之速度与位置控制，若应用于定频率激光触发应用，速度稳定性对于激光光斑之间距一致性便是格外重要。PRO225LM具有杰出的动态直线度特性(图.2)，可降低线宽并提高芯片密度。另外。可达亚微米(Submicron)之等级之平行度，可于激光多次扫描(multiple passes)时维持材料剥离之一致性。

 
       PRO225LM设计于可靠之24x7量产应用。直驱直线电机与光学尺为非接触式，因此于长期作业下不需要进行维护保养。顶部硬壳与张力侧封包覆可保护定位平台，防止切割工艺中于定位平台内部有任何材料累积。

         PRO225LM是为了产生最大的灵活度而设计。根据不同的硅片尺寸，有数种不同之有效行程选项可供选择。许多种线材管理系统(CMS)可供搭配于多轴系统应用，并可搭配真空气管以应用于搭配真空吸盘(vacuum chuck)。

        若于工艺上需要更高之精度，Aerotech之ALS25000XY (图.3)直驱线性平台提供许多相同之优势，但可达到相对于PRO225LM之更高之定位精度。

开框式(Open-Frame)定位平台

       开框式定位平台为双面划线之理想解决方案，尤其是如果需要于底部进行视觉辨识时。ALS3600直驱开框定位平台(图.4)具有一个大孔径，可应用于最大至400mm直径之硅片。本ALS3600系统于设计时，采用了一整体性的设计，并非仅仅将二轴叠加起来，而是以三元件式之整体设计，如此可于初期加工时，控制平台之重要特性如直角度，直线度，与平面度。此定位平台于先天上可达到的优异直角度与杰出之形位公差(geometrical tolerances)。ALS3600可达到之优异平行度之特性，可应用于逐渐窄化之线宽应用，以最大化芯片密度。

      ALS3600之设计目标同样的，是达到最高之性能与可靠度。高精度线性滑轨提供于划线时之高速，重复之运动，同时具有杰出之刚性，负载特性，与极低之摩擦力。此平台本质上之高刚性，虽其为侧向驱动(side-driven)，但其可达到之性能特性与传统XY叠加平台相当类似，因此相对于传统侧向驱动之平台而言，此ALS3600具有大幅的性能提升，而性能提升将直接反映于产能与切割品质。

旋转平台

     若需要旋转运动或对位之应用，Aerotech生产许多不同之旋转平台(图.5)，包含使用无刷伺服马达之直驱旋转平台，或涡杆驱动直旋转平台。定位平台具有许多不同的口径(apertures)，桌面直径，与安装孔位选项提供您于划线应用之设计灵活度。Aerotech旋转平台提供杰出之定位精度，重现精度，偏摆(wobble)，与偏转(Runout)等特性。

先进控制功能
      使用高精度定位机构来将硅片定位到正确位置并进行激光加工时，同样的需要先进运动控制器来命令定位平台位移到正确位置并进行伺服闭回路来确保定位平台实际移动倒命令之位置。#p#分页标题#e#

      Aerotech之Automation 3200 (A3200)为多轴，PC-Based软体运动控制器(图.6)，可以进行最高至32轴同步运动。运动控制器之软体结构可简易的与其他装致整和如激光控制，视觉系统，资料存取，与客制化人机介面。Automation 3200包含数位示波器软体可用于先进的系统诊断，包含频率响应分析以提高系统性能与频宽，同时可过滤掉可能产生控振之频率之飨应。

除了超过三十组之高性能标准控制功能外，A3200同时提供先进运动控制演算法与硬体，可最小化外界干扰产生之误差，并提高追随能力。提高产能与划线品质。正交度校正功能提供使用者可校正硅片与真空吸盘之间之对位误差。叠代学习型控制可藉由学习最佳化路径，降低追随误差，并提高动态精度。2D校正与位置同步输出于激光划线应用，同样提供额外的优势。


2D 校正

       多轴误差补偿功能提供误差补偿表以补偿各轴间(Cross-axis)之位移误差与轴直角度公差。校正档案可以产生各轴间之校正位移以补偿垂直轴之正交度与可重复之直线度误差。不像一般直角度补偿功能，2D校正功能又额外移除于硅片圆周之偏航(yaw)误差，确保整片硅片之直线度与平行度，并提供更窄之切割道(图.7)。


位置同步输出 (PSO)
      激光划线应用需要精密控制与定位激光脉冲以达到恒定的划线品质，并最小化热影响区(heat-affected zone)。当使用定频率触发之激光时，若需达到上述目标则相当困难与具有高复杂度，原因在于，使用者需要确保运动过程之速度稳定性，因为速度不稳定将会造成脉冲间距之不等性。Aerotech之位置同步输出(PSO)功能解决了这个问题。PSO可直接将编码器回馈直接进行即时的激光触发，甚至于加减速区均可产生一致的激光脉冲，而不因速度变化而影响触发距离。脉冲使用校正后之资讯，因此可确保光般重叠之一致性。PSO输出频率最高至10 MHz，并去有极低延迟时间，因此可确保工件品质并降低生产时间。当激光输出频率需为定频率时，使用者可使用类比追踪功能以依照速度。改变激光之输出功率

       PSO可以与各种激光沟通，以达到极度同步之激光控制。PSO功能包含数种简易可使用之模式以供不同应用之搭配，如窗口触发(Windowing)，于窗口触发时脉冲将被限制于使用者定义之区域，第一发脉冲为窗口触发之边缘。
真空吸盘

       为了降低系统研发时间与降低成本，Aerotech生产并整合高精度，客制化之真空吸盘(图.8)。这些真空吸盘包含应用于200mm与300mm之硅片设计，包含一组或者多组真空区域。 Aerotech具有领先业界之升产能力，可提供标准3 µm平面度之真空吸盘，甚至最高可使用选配之1 µm之真空吸盘(若使用300mm硅片吸盘)。水平调校机制与硅片取放装置可与此吸盘整合。另外，Aerotech具有多年经验的工程师可以设计出与任何机械手臂整合之吸盘。

结论

       若要成功切割LED硅片，使用者需要有一套先进之运动控制次系统。若仅将一或二组运​​动零组件进行最佳化，将无法达到高精度之运动需求。换言之，机电整合(Mechatronic)将是达到高精度运动之唯一途径。选择并整合适合之定位平台，机构设计，与控制科技可大幅提高LED之芯片密度并最小化切割道宽度，以提高生产产能与效率，并同时降低成本。

作者：台湾镭射科技应用协会、《激光制造商情》