Study of high Speed Laser Cutting of LED Module

In this study, we conducted the preliminary research for high speed laser cutting of LED module. In particular, the feasibility of ultra-high speed laser cutting of 100 mm/s which exceeds the cutting speed of conventional dicing saw was examined. For this, copper/ceramic and silicone/ceramic hybrid substrates, which are the components of the LED module, were fabricated, and the surface morphology, surface roughness and flexural strength of the laser-cut samples were investigate and compared with the dicing-cut samples. To investigate optimal laser cutting conditions for hybrid substrates, the effects of various laser cutting conditions on cutting surface characteristics were studied using single ceramic and copper substrate. Optimal laser cutting conditions of the hybrid substrates were the use of Ar assist gas, high laser power and high assist gas pressure. Comparing the cutting surface of the hybrid substrates, the surface characteristics of the laser-cut samples are slightly inferior to those of the dicing-cut samples. The average surface roughness of the laser-cut samples was about $9{\mu}m$, and that of the dicing-cut samples was about $4{\mu}m$. However, considering very low cutting speed (3 mm/s) of the dicing saw, the surface morphology of the laser-cut sample was relatively uniform, and the surface roughness was not much different from that of the dicing-cut sample. The flexural strength of the laser-cut samples was equivalent to or slightly inferior to the flexural strength of dicing-cut samples. However, if the laser processing conditions are sufficiently optimized, the ultra-high speed laser cutting of the LED module will be possible.

LED 모듈의 초고속 레이저 절단을 위한 연구

최근 레이저를 이용하여 전자 소자 및 모듈을 절단하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 레이저를 이용하여 LED 모듈을 초고속 절단하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 특히 기존의 다이싱(dicing) saw의 절단 속도를 훨씬 능가하는 100 mm/s의 초고속 레이저 절단의 가능성을 검토하였다. 이를 위하여 LED 모듈의 구성 재료인 copper/ceramic 및 silicone/ceramic 이종 복합 기판을 제작하여 레이저 절단 후, 절단면의 표면 특성, 표면조도, 굽힘 강도를 다이싱 saw를 이용하여 절단한 샘플과 비교하였다. 복합 기판에 대한 최적의 레이저 절단 조건을 찾기 위하여, 세라믹 및 구리 단일 기판의 레이저 절단을 통하여 다양한 레이저 공정 조건들에 대한 영향 검토하였다. 절단면의 표면 특성이 가장 좋은 최적의 레이저 절단 조건은 Ar 보조 가스의 사용, 높은 레이저 파워 및 높은 보조 가스의 압력이었다. Copper/ceramic 및 silicone/ceramic 이종 복합 기판에 대하여 레이저 절단과 다이싱 saw로 절단한 기판의 절단면을 비교한 결과, 레이저로 절단된 기판이 다이싱 saw 절단에 비하여 표면이 거칠고 표면 특성이 약간 나쁘다. 레이저 절단면의 평균 표면조도는 약 $9{\mu}m$ 이며, 다이싱 saw로 절단된 절단면의 표면조도는 약 $4{\mu}m$ 이었다. 그러나 다이싱 절단의 절단 속도(3 mm/s)를 고려하면 레이저 절단면의 표면 morphology가 비교적 균일하고, 표면조도도 다이싱 절단의 경우와 큰 차이가 없기 때문에 어느 정도 만족할 만한 결과를 얻었다고 판단된다. 또한 레이저 절단된 기판의 굽힘 강도가 다이싱으로 절단된 기판의 굽힘 강도보다 동등하거나 약간 열세이었다. 그러나 향후 레이저의 절단 조건이 좀 더 최적화된다면 LED 모듈의 초고속 레이저 절단이 가능할 것으로 판단된다.