CN101870084A - 一种蓝宝石晶片切割的方法 - Google Patents

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张学炎
李林
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Abstract

本发明公开了一种蓝宝石晶片切割的方法，其特征是：采用游离磨料多线切割方法，所述切割线采用金属线，磨料采用金刚石微粉。配制砂浆所用切割油为在常温下粘度为20～50mpa.s。金刚石微粉粒径为4～12μm。本发明提供了一种以游离磨料方式切割蓝宝石的工艺方法，应用本方法可以选用切割水晶的多线切割机加工蓝宝石晶片，不仅切割效率高，精度高，而且设备投资小，切损小，切割成本低。

Description

一种蓝宝石晶片切割的方法
技术领域
本发明涉及蓝宝石晶片切割的方法，尤其是涉及蓝宝石晶片的多线切割方法。
背景技术
蓝宝石(α-AI203)，又称白宝石，它具有很好热导性，极好的电气特性和介电特性，光透性能强，且耐磨擦、耐腐蚀、化学性质稳定；硬度达莫氏9级，仅次于金刚石，熔点为2030℃，在高温下仍具有极好的稳定性。所以它被广泛地应用于工业、国防、科研、民用等领域。越来越多地用作固体激光、红外窗口、半导体衬底片、发光二极管(LED)衬底片、精密耐磨轴承、3G手机面板、高档手表面等绪多产品的原材料。蓝宝石由于其硬度高且脆性大，切割成晶片的制备难度大，是目前蓝宝石机械加工的难题之一。随着LED元件和3G手机等产品的迅猛发展，蓝宝石晶片巳成为多行急需的材料。
传统的蓝宝石晶片切片方式是内圆切割，即使用外圆切片机或内圆切片机切割，刃口上镀金刚石颗粒，刀片厚度在0.25～0.34mm之间，每次仅切割单片，加工效率低，且由于刀片厚度大所以材料损耗大。切片机仅适于厚片加工，无法加工出厚度仅为0.5mm左右的LED衬底片。
也有少数厂家使用切割硅片的专用多线切割机蓝宝石晶片切片，可以切割出厚度仅为0.5mm左右的LED衬底片，具有效率高，产能高，精度高等优点。但这种设备不仅本身价格昂贵，以最便宜的日本产的610SD专用多线切割机为例，单台价在280万元人民币左右，而且所用金刚石磨粒线成本较为昂贵且线径约为0.25mm，有较大的切缝，从而有较大的材料损耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种蓝宝石晶片切割的方法，不仅切割加工效率高，精度高，而且还可以降低设备成本和加工成本。
本发明是基于下述考虑实现的：目前，在水晶晶片的切割加工已广泛应用加工精度高、切割效率高的多线切割技术。这种多线切割是采用游离磨料的方式，即利用金属刚线带动游离磨料，使得在工件和金属钢线中间的磨粒对工件进行材料去除的动作。由于金属钢线成本较金刚石磨粒线低，如果能用金属钢线切割蓝宝石，不仅设备投资少，而且加工成本一定会较用金刚石磨粒线切割大幅下降。
本发明人经过多次研究试验发现：采用游离磨料多线切割方法时，用切割线采用金属线，以金刚石微粉作为游离磨料，可以切割蓝宝石。
本发明人用切割水晶的多线切割机做切割蓝宝石晶片实验。由于蓝宝石的硬度高，硬度达到莫氏9级，直接用切割水晶用的磨料SiC(硬度仅为莫氏9.2级)微粉切割时效果不好，无法切割。因此必需选用硬度更高的磨料。通过试验发现，选用硬度更高的金刚石微粉作为游离磨料效果较好，在合适的切割速度及张力条件下能够顺利切割。
本发明人在研究过程中发现，配制砂浆用的切割油在常温下粘度为20～50mpa.s时与金刚石微粉配制相容性较好，所配制的砂浆中携砂量大，砂浆中含金刚石微粉重量百分比能高达30％，可以方便地调节砂浆中的金刚石微粉含量，以达到最佳的切割效果。
本发明人在研究过程中还发现，金刚石微粉的粒径大小对切割效果影响较大：金刚石微粉粒径在4～12μm时，容易被高速运转的金属线带入到晶体切割部位，切割效果好；粒径过小，切割力受影响，切割效率低；粒径过大，不仅切损大，还会造成切面残留切痕和微裂纹，晶片内部损伤层较深，在研磨过程中很难消除，增大了碎片的可能性。
上述切割液中金刚石微粉重量百分比达到4～20％含量时，切割效果好，而且砂浆切割液流动性好，砂浆从漏砂槽内落下时拉成片状砂浆幕，容易形成水平薄膜。切割油能吸附在金刚石微粉颗粒表面上产生的位垒，使颗粒分散开来，达到分散、悬浮的特性，提高分散稳定能力，防止颗粒团聚粘结，避免在晶片表面形成短粗的浅划伤，提高切削速度。
本发明提供了一种以游离磨料方式切割蓝宝石的工艺方法，应用本方法可以选用切割水晶的多线切割机加工蓝宝石晶片，不仅切割效率高，精度高，所得晶片的弯曲度(BOW)＜25μm、平行度(TAPER)＜25μm、总厚度公差(TTV)＜25μm，而且设备投资小，切损小，切割成本低，以切厚度为0.5mm左右的LED衬底片为例，切割成本可由使用切割硅片的专用多线切割机的12元/片降低至7元/片左右。
具体实施方式
实施例1
使用设备：MWS-3020型水晶专用多线切割机。主要工艺设定如下：
切线运行速度：max 300～400m/min。运行速度变化：加减速时间1s/一定速时间6～10s。供线速度设定：15～35m/min。切线张力设定：供线侧28～31N、回收侧28～31N。切割速度：2.0～6.0mm/h。
切割油采用日本PALACS生产的PS-L-25切割油，25℃下粘度为30mpa.s。磨料选用粒径为4～12μm金刚石微粉。金刚石微粉以重量百分比计分别按4％、12％、20％三种比例与切割油配制成砂浆切割液。其切割后晶片主要技术指标分别如下：
Figure B200910116598XD00041
各项指标满足LED衬底片要求。
实施例2
所用设备及工艺参数同上。切割油采用深圳金科化工生产的FB-10型切割油，25℃下粘度为50mpa.s。磨料选用粒径为4～12μm金刚石微粉。金刚石微粉以重量百分比计分别按4％、12％、20％三种比例与切割油配制成砂浆切割液。其切割后晶片主要技术指标分别如下：
各项指标满足LED衬底片要求。
实施例3
所用设备及工艺参数同上。切割油采用联创牌水晶切割油，25℃下粘度为20mpa.s。磨料选用粒径为4～12μm金刚石微粉。金刚石微粉以重量百分比计分别按4％、12％、20％三种比例与切割油配制成砂浆切割液。其切割后晶片主要技术指标分别如下：
Figure B200910116598XD00051
各项指标满足LED衬底片要求。

Claims (4)

1.一种蓝宝石晶片切割的方法，其特征是：采用游离磨料多线切割方法，所述切割线采用金属线，磨料采用金刚石微粉。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石晶片切割的方法，其特征是配制砂浆所用切割油为在常温下粘度为20～50mpa.s。
3.根据权利要求2所述的蓝宝石晶片切割的方法，其特征是所述切割是在切割水晶的多线切割机上完成的，砂浆中的金刚石微粉粒径为4～12μm。
4.根据权利要求3所述的蓝宝石晶片切割的方法，其特征是金刚石微粉占砂浆重量百分比为4～20％。
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