Scribing cu laser în industria fotovoltaică solară

Plachetele led cu laser sunt o provocare, deoarece materialul este relativ transparent prin porțiunea vizibilă a spectrului electromagnetic. GaN este transparent sub 365 nm, iar safirul este semitransparent peste 177 nm. Astfel, laserele cu pompă solidă cu diodă triplată (355 nm) și cu frecvență cvadruplă (266 nm) pompată cu diode (DPSS) Q sunt cea mai bună alegere pentru scribingul cu LED-uri. În timp ce laserele excimer sunt, de asemenea, disponibile în această gamă de lungimi de undă, laserele DPSS au o amprentă mult mai mică și pot atinge lățimi de tăiere mult mai înguste și necesită mult mai puțină întreținere.

Prin reducerea micro-cracare și propagare crack, scribing cu laser permite dispozitivelor LED să fie mult mai strâns distanțate, îmbunătățind atât randamentul și debitul. Deoarece ar putea exista de obicei mai mult de 20.000 de dispozitive LED discrete pe o singură plachetă de 2 inci, lățimea tăiată afectează în mod critic randamentul. Reducerea micro-cracare în timpul procesului de separare mor a fost, de asemenea, dovedit a îmbunătăți fiabilitatea pe termen lung a dispozitivelor CU LED-uri. Randamentul este îmbunătățit cu scribing cu laser prin reducerea ruperii plachetei. Viteza scribului laser și a procesului de rupere este, de asemenea, mult mai rapidă decât tăierea mecanică tradițională. Toleranța mai largă la proces a laserelor și eliminarea uzurii și ruperii lamei se traduc printr-un proces de fabricație mai robust, extrem de fiabil, la un cost mai mic.

Laserele în stare solidă pompate cu diode (DPSS) și-au dovedit valoarea în fabricarea dispozitivelor de film subțire a-Si. Laserele cu comutație Q sunt utilizate pentru cele trei procese de scribi principialitate – cunoscute sub numele de cărturarii P1, P2 și P3 – care separă dispozitivul plan mare într-o serie de celule fotovoltaice interconectate de serie. Procesele de scrib implică îndepărtarea diferitelor materiale subțiri de film (0,2-3,0 μm tipic) cu daune colaterale minime substratului de sticlă sau a altor folii.

Pentru scribing P1, un film subțire de TCO (oxid transparent conductoare) material - de obicei SnO2 - este eliminat din substratul de sticlă, și este de obicei realizat cu 1064 nm Q-switch lasere. Acest proces necesită fluențe laser relativ ridicate datorită transparenței optice și durității mecanice a filmului TCO. Cu Spectra-Physics HIPPO™ 1064-27, cărturarii P1 cu lățimea de 50 μm sunt realizați la viteze de vârf în industrie. Lățimea scurtă a impulsului laserului și stabilitatea excepțională a energiei puls-puls permit procesarea la PRF de 200 kHz (frecvența repetării pulsului), ceea ce se traduce prin viteze de 8 m/sec.

Scribii P2 și P3 folosesc de obicei lasere de 532 nm, în primul rând pentru că lumina este puternic absorbită de stratul absorbant solar de siliciu. Scribul P2 îndepărtează numai stratul de siliciu, în timp ce scribul P3 îndepărtează și foliile metalice/TCO suplimentare de contact din spate. O lățime scurtă a pulsului este esențială pentru obținerea rezultatelor de cea mai bună eficiență a scribului. Atunci când sunt combinate cu o stabilitate excelentă a energiei pulsului la PRF ridicat, se realizează viteze ale scribilor de 12 m/sec cu sistemul laser Spectra-Physics HIPPO 532-15 care funcționează la PRF de 160 kHz.

Materialele ceramice sunt utilizate pe scară largă în industria microelectronicii, semiconductorilor și iluminatului cu LED-uri datorită proprietăților lor izolante electric și conductoare termic, precum și pentru capacitățile lor de servicii de înaltă calitate. Fragilitatea lor face procesarea cu laser atractivă în comparație cu prelucrarea convențională, în special pentru producerea caracteristicilor din ce în ce mai mici și complicate necesare pentru ambalarea avansată a microelectronicii.  A se vedea ceramice Scribing Folosind Talon®Lasere UV și verzi pulsate pentru informații suplimentare.

Pentru a arăta avantajul capacității de divizare a impulsurilor tehnologiei TimeShift, am generat scribi laser la aceeași viteză de scrib și PRF pentru diferite niveluri de fluență. Au fost colectate două seturi de date; unul cu o putere a impulsului de un singur puls de 25 ns și unul cu o explozie de cinci sub-impulsuri de 5 ns separate de 10 ns. Datele de adâncime ale scribilor arată avantajul clar de a utiliza micromachinarea prin despicare a impulsurilor față de prelucrarea cu un singur puls. O creștere a adâncimii de ablație între 52% și 77% a fost observată în funcție de nivelul de fluență. Am observat, de asemenea, îmbunătățirea calității scribului cu impulsuri divizate. A se vedea de tăiere de sticlă și silicon Scribing Excel cu Quasar®Tehnologia timeshift™ pentru informații suplimentare.