CN102225591B

CN102225591B - 利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法

Info

Publication number: CN102225591B
Application number: CN 201110105513
Authority: CN
Inventors: 张新忠
Original assignee: WUXI SIDA NEW ENERGY TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: ECO Power (Wuxi) Co., Ltd.
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: CN102225591A

Abstract

本发明涉及一种利用8字形切割蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，其包括如下步骤：a、提供生长完成的蓝宝石晶锭；b、将蓝宝石晶锭安装放置于加工台面上；c、切割时，在蓝宝石晶锭内切割出第一蓝宝石晶棒，所述第一蓝宝石晶棒由一个平面和第一圆弧面构成的柱状体；d、取出蓝宝石晶锭内的第一蓝宝石晶棒，在蓝宝石晶锭内形成与第一蓝宝石晶棒的平面相对应的定位平面；e、金刚石线沿蓝宝石晶锭内的定位平面切割，在蓝宝石晶锭内切割出第二蓝宝石晶棒，所述第二蓝宝石晶棒由定位平面和第二圆弧面构成的柱状体；f、取出第二蓝宝石晶棒，在蓝宝石晶锭上进行下一次切割。本发明工艺操作简单，能提高切割效率，降低加工成本，适应范围广，安全可靠。

Description

利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石晶锭切割方法，尤其是一种利用8字形切割蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，属于蓝宝石切割的技术领域。

背景技术

蓝宝石的组成为氧化铝，晶体结构为六方晶格结构。由于蓝宝石的光学穿透带很宽，从近紫外光到中红外线都具有很好的透光性，因此被大量应用于光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上，它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高等特点。目前，蓝宝石晶体常的生长方法通常采用柴式拉晶法或凯氏长晶法，通过上述两种方法生长得到蓝宝石晶锭结构。生长得到蓝宝石晶锭后，需要在蓝宝石晶锭上取出相应的晶棒；通过对晶棒的相应操作，来加工所需的产品。

如图5所示：为目前蓝宝石晶片7的结构示意图。为了适应MOVCD（金属有机化合物化学气相淀积）工序需要，需要在圆形的蓝宝石晶片7上切割出定向面8，通过定向面8对蓝宝石晶片7内的晶格定向；而圆形的蓝宝石晶片7是通过对蓝宝石晶棒切片等操作工序得到。如图3和图4所示：为在生长后的蓝宝石晶锭1上切割取出蓝宝石晶棒后的结构示意图。蓝宝石晶锭1生长完成后，利用切割设备在蓝宝石晶锭1内取出圆柱体状的蓝宝石晶棒；蓝宝石晶棒取出后在蓝宝石晶锭1内产生若干第二蓝宝石晶棒切孔6，所述第二蓝宝石晶棒切孔6贯通整个蓝宝石晶锭1。

但是，为了满足后续对蓝宝石晶体的MOCVD加工工序要求，现有的圆柱体状蓝宝石晶棒取出后，需要在取出蓝宝石晶棒的表面切割出一个相应的定向面，所述切割得到的定向面沿蓝宝石晶棒的长度分布，切割平面的宽度及长度与相应的加工使用要求相适应。而对取出蓝宝石晶棒的二次平面切割得到定向面的操作，会得到一定量的蓝宝石晶体，而这些蓝宝石晶体材料不能够用于蓝宝石晶片7的后续工序加工工序，因此在蓝宝石晶棒上切割定向面的工序产生大量蓝宝石晶体浪费。当在蓝宝石晶锭1内取出加工的蓝宝石晶棒数量越多时，就会产生更多的二次切割损耗，降低了蓝宝石晶锭取棒的成材率，同时会提高加工和使用成本，整个操作过程加工复杂，多次的加工步骤会影响整个蓝宝石晶体的加工精度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，其工艺操作简单，能提高切割效率，降低加工成本，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，所述蓝宝石晶锭取棒的切割方法包括如下步骤：

a、提供生长完成的蓝宝石晶锭；

b、将蓝宝石晶锭安装放置于加工台面上；

c、利用金刚石线对加工台面上的蓝宝石晶锭进行切割；切割时，蓝宝石晶锭跟随加工台面转动，金刚石线沿垂直于蓝宝石晶锭放置的方向切割，在蓝宝石晶锭内切割出第一蓝宝石晶棒，所述第一蓝宝石晶棒由第一定向面和第一圆弧面构成的柱状体，所述第一定向面沿柱状体的长度分布；

d、取出蓝宝石晶锭内的第一蓝宝石晶棒，在蓝宝石晶锭内形成与第一蓝宝石晶棒的第一定向面相对应的定位平面，所述定位平面贯通蓝宝石晶锭；

e、金刚石线沿蓝宝石晶锭内的定位平面切割，蓝宝石晶锭跟随加工台面转动，金刚石线沿垂直于蓝宝石晶锭放置的方向切割，在蓝宝石晶锭内切割出第二蓝宝石晶棒，所述第二蓝宝石晶棒由第二定向面和第二圆弧面构成的柱状体，所述定位平面沿柱状体的长度分布；

f、取出第二蓝宝石晶棒，在蓝宝石晶锭上进行下一次切割。

所述蓝宝石晶锭内取出第一蓝宝石晶棒与第二蓝宝石晶棒后，在蓝宝石晶锭内形成第一蓝宝石晶锭切孔；所述第一蓝宝石晶锭切孔贯通蓝宝石晶锭，且第一蓝宝石晶锭切孔呈8字形。

所述金刚石线的外径为0.16mm~0.5mm。所述蓝宝石晶锭跟随加工台面转动的速度为每分钟0.1mm~10mm。

所述金刚石线在蓝宝石晶锭内切割出晶棒的速度为2m/s~15m/s。

所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为2英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面的宽度为16.5mm；所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为4英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面的宽度为33mm；所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为6英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面的宽度为66mm；所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为8英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面的宽度为132mm。

本发明的优点：将蓝宝石晶锭安装放置于加工台面上，蓝宝石晶锭跟随加工台面做圆周及直线方向转动，同时金刚石线在垂直于蓝宝石晶锭放置方向做切割；金刚石线与蓝宝石晶锭的运动方向对应配合，直至完成一次蓝宝石晶棒取棒过程；金刚石线先在蓝宝石晶锭内切割第一蓝宝石晶棒，并在切割第一蓝宝石晶棒后产生定位平面，通过定位平面，金刚石线在蓝宝石晶锭内切割出第二蓝宝石晶棒，通过在蓝宝石晶锭内切割一次平面结构能够分别形成第一蓝宝石晶棒的第一定向面与第二蓝宝石晶棒的第二定向面，所述平面的尺寸与蓝宝石晶片的尺寸相匹配，能节省二次切割产生的蓝宝石晶体，金刚石线的外径小，能够减小蓝宝石晶棒过程中产生的材料浪费，同时能够缩小相邻蓝宝石晶棒切口的距离，能够极大的提高蓝宝石晶锭在取棒时的成材率，工艺操作简单，能提高切割效率，降低加工成本，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为本发明蓝宝石晶锭取棒后的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为现有蓝宝石晶锭取棒后的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为现有蓝宝石晶片的结构示意图。

附图标记说明：1-蓝宝石晶锭1、2-第一蓝宝石晶锭切孔、3-第一切割面、4-第二切割面、5-定位平面、6-第二蓝宝石晶锭切孔、7-蓝宝石晶片及8-定向面。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

由上述分析可知，目前为了使在蓝宝石晶锭1取出圆柱状的蓝宝石晶棒能够适应MOCVD工序要求；需要在蓝宝石晶棒的表面切割定向面，即需要对蓝宝石晶棒上进行二次切割，切割得到的定向面沿蓝宝石晶棒长度方向分布。蓝宝石晶棒上具有定向面后，通过相应工序操作能够得到相应的蓝宝石晶片7。而对蓝宝石晶棒进行二次切割得到定向面的过程中，切割出的蓝宝石晶体材料不能够使用，因此，上述加工大量的蓝宝石晶棒时，会产生大量的蓝宝石晶锭浪费，致使蓝宝石晶锭1的取棒成材率低，多次切割造成切割精度低，工序操作复杂，使用成本高。

为了避免现有蓝宝石晶锭取棒时的缺陷，从而，利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法包括如下步骤：

a、提供生长完成的蓝宝石晶锭1；

所述蓝宝石晶锭1为通过柴式拉晶法或凯氏长晶法生长得到，生长得到蓝宝石晶锭后，需要通过相应的操作得到晶棒及晶片；

b、将蓝宝石晶锭1安装放置于加工台面上；

所述蓝宝石晶锭1能够跟随加工台面一起旋转，蓝宝石晶锭1在加工台面上具有两种安装放置方式：卧式或立式安装。立式安装时，蓝宝石晶锭1沿长度方向竖直放置于加工台面上，此时，金刚石线沿垂直于蓝宝石晶锭1放置方向进行切割；卧式安装时，蓝宝石晶锭1的长度方向与加工台面平行放置，金刚石线同样沿垂直放置方向进行切割，金刚石线的切割方向保证能够将蓝宝石晶锭切割出较多的蓝宝石晶棒；

c、利用金刚石线对加工台面上的蓝宝石晶锭1进行切割；切割时，蓝宝石晶锭1跟随加工台面转动，金刚石线沿垂直于蓝宝石晶锭放置的方向切割，在蓝宝石晶锭1内切割出第一蓝宝石晶棒，所述第一蓝宝石晶棒由第一定向面平面和第一圆弧面构成的柱状体，所述第一定向面沿柱状体的长度分布；

本发明采用金刚石线对蓝宝石晶锭1线切割时，不需要在蓝宝石晶锭1上切割出加工平面的工艺步骤，从而能节省大量的蓝宝石晶锭1的材料；金刚石线能够直接对蓝宝石晶锭1的垂直放置方向切割加工，工艺操作简单，同时能够减小蓝宝石晶锭1材料的切割损耗，增加了取出蓝宝石晶棒的长度；

所述金刚石线的外径为0.16mm~0.5mm，金刚石线通过外购获得，金刚石线的外径要要小于筒状钻芯机套筒的壁厚，因此金刚石线对蓝宝石晶锭1切割时，能够减小相应的线切割损耗；根据蓝宝石晶棒切割尺寸及要求的不同，选择相应外径的金刚石线；切割时，金刚石线在蓝宝石晶锭1上取出的蓝宝石晶棒呈柱状体结构。因此，在金刚石线切割时，金刚石线作垂直于蓝宝石晶锭1的放置方向运动，金刚石线1在与蓝宝石晶锭做相对运动时，可以先在蓝宝石晶锭1上切割出第一圆弧面，第一圆弧面的外径根据要求设定；第一圆弧面切割完成后，在蓝宝石晶锭内切割出平面，从而通过切割出的平面形成第一蓝宝石晶棒的第一定向面；所述第一定向面与第一圆弧面形状围合成柱状体结构；同理，也可以先在蓝宝石晶锭1内线切割出平面，所述平面形成第一蓝宝石晶棒的第一定向面，再沿平面的宽度方向切割第一圆弧面；平面的长度贯通蓝宝石晶锭1；而蓝宝石晶锭1跟随加工台面做圆周方向运动或直线运动，蓝宝石晶锭1跟随加工台面的转动速度为每分钟0.1mm~10mm，加工台面转动的距离为相应第一圆弧面的弧长或平面的距离；金刚石线在沿垂直于蓝宝石晶锭1的放置方向的切割速度为2m/s~15m/s，金刚石线在切割蓝宝石晶锭1时需要在蓝宝石晶锭1内沿切割方向作前进、后退反复切割；同时，金刚石线在切割蓝宝石晶锭1时，需要对金刚石线的表面进行喷水，避免金刚石线的切割温度过高；当蓝宝石晶锭1跟随加工台面转动圆弧及平面后，同时金刚石线将蓝宝石晶锭1的宽度方向切断后，就完成第一蓝宝石晶棒的切割取棒过程；蓝宝石晶棒的外径可以根据需要设置，当蓝宝石晶锭的外径不同时，蓝宝石晶锭跟随加工台面旋转的弧度不同，每个蓝宝石晶棒的切割时间也不相同；当蓝宝石晶棒上需要切割2英寸的平面时，需要切割的蓝宝石晶棒外径为51mm；

此处，在蓝宝石晶锭1上取出第一蓝宝石晶棒时，直接在第一蓝宝石晶棒的表面加工平面形成第一定向面，所述第一定向面的宽度尺寸与所需的尺寸相匹配，能避免取出蓝宝石晶棒后需要进行二次切割平面的工艺步骤，能够进一步提高蓝宝石晶锭1的取棒成材率，减少切割时的损耗；

d、取出蓝宝石晶锭1内的第一蓝宝石晶棒，在蓝宝石晶锭1内形成与第一蓝宝石晶棒的平面相对应的定位平面5，所述定位平面5贯通蓝宝石晶锭1；

所述定位平面5为切割第一蓝宝石晶棒的第一定向面时产生相应的平面结构，所述定位平面5与第一蓝宝石晶棒的第一定向面的宽度、形状及方向均相同；此时，第一蓝宝石晶棒与第二蓝宝石晶棒间只需切割一个平面即可，能够节省大量二次切割时造成蓝宝石晶锭材料的浪费；

所述定位平面5的宽度与第一圆弧面的外径大小相关，所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为2英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面宽度为16.5mm；所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为4英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面宽度为33mm；所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为6英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面宽度为66mm；所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为8英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面宽度为132mm，从而能够得到定位平面5的宽度尺寸；

e、金刚石线沿蓝宝石晶锭1内的定位平面5切割，蓝宝石晶锭1跟随加工台面转动，金刚石线沿垂直于蓝宝石晶锭1放置的方向切割，在蓝宝石晶锭1内切割出第二蓝宝石晶棒，所述第二蓝宝石晶棒由第二定向面和第二圆弧面构成的柱状体，所述定位平面5沿柱状体的长度分布；

所述第二蓝宝石晶棒的切割步骤与第一蓝宝石晶棒的步骤相同；第二蓝宝石晶棒的第二定向面即为定位平面5。由于在切割第一蓝宝石晶棒后，会在蓝宝石晶锭1内产生定位平面5，因此切割第二蓝宝石晶棒时，只需沿着定位平面5切割出第二圆弧面即可，第二圆弧面的外径可以与第一圆弧面相同，也可以与第一圆弧面的外径不同；当第二圆弧面的外径与第一圆弧面的外径相同时，能够同时得到两块相同的蓝宝石晶棒结构；当第二圆弧面的外径与第一圆弧面的外径不同时，能够得到两块尺寸不同的蓝宝石晶棒结构，但是第一蓝宝石晶棒的平面与第二蓝宝石晶棒的定位平面的宽度及长度相同；一般情况下，第一圆弧面与第二圆弧面的外径相同；从而通过一个加工后，能够得到两个蓝宝石晶棒的平面结构，减少了两次二次切割；

f、取出第二蓝宝石晶棒，在蓝宝石晶锭1上进行下一次切割；

所述蓝宝石晶锭1内取出第一蓝宝石晶棒与第二蓝宝石晶棒后，在蓝宝石晶锭内形成第一蓝宝石晶锭切孔2；所述第一蓝宝石晶锭切孔2贯通蓝宝石晶锭1，且第一蓝宝石晶锭切孔2呈8字形。

在蓝宝石晶锭1上可以切割出多个第一蓝宝石晶棒与第二蓝宝石晶棒，切割时，由于金刚石线外径切割要求，所述第一蓝宝石晶锭切孔2包括金刚石线切口，所述金刚石线切口为金刚石线切割时的路径，金刚石线切口的宽度为0.2mm~0.6mm，所述宽度即为金刚石线切割损耗，切口的距离要远小于采用筒状钻芯机取棒时的切口，提高了蓝宝石晶锭1取棒成材率。实际切割中，采用本发明取棒切割方法的金刚石线线切割损耗大约为337.5μm，而套筒切割损耗大约为2510μm；由此，可以看出采用本发明的方法后大大降低切割损耗，能够将蓝宝石晶棒的成材率提高11%左右。在蓝宝石晶锭1上后续切割取棒的过程与前述操作一致。

蓝宝石晶棒切割后，还需通过打磨工艺将蓝宝石晶棒的外周面打磨，得到所需尺寸的蓝宝石晶棒。

如图1和图2所示：所述第一蓝宝石晶锭切孔2包括第一切割面3及第二切割面4，所述第一切割面3与第二切割面4的结合部设有定位平面5，第一切割面3与切割第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面相对应的面，第二切割面4与切割第二蓝宝石晶棒的第二圆弧面相对应的面；第一蓝宝石晶锭切孔2呈8字形。此处，第一切割面3与第二切割面4呈对称分布，也即第一圆弧面与第二圆弧面对称，第一圆弧面与第二圆弧面的外径相同。蓝宝石晶锭1上金刚石线的切口距离为0.2mm~0.6mm，远远小于采用筒状钻芯机时相应切口的距离。同时，金刚石线的外径要小于转筒的壁厚，能够降低对蓝宝石晶锭1的切割尺寸要求，在同样尺寸的蓝宝石晶锭下切割出更多的蓝宝石晶棒。同时，由于在切割第一蓝宝石晶棒及第二蓝宝石晶棒时，已经切割出平面状结构；所述平面状结构可以同时形成第一蓝宝石晶棒的第一定向面及第二蓝宝石晶棒的第二定向面，所述平面状结构的尺寸与蓝宝石晶片的尺寸相匹配，第一蓝宝石晶棒与第二蓝宝石晶棒切割完成后，只需要打磨外表面即可，不需要二次切割，节省二次切割产生的蓝宝石晶体，能够再次提高蓝宝石晶锭1的切割取棒成材率。当第一蓝宝石晶棒具有第一定向面、第二蓝宝石晶棒具有第二定向面后，不需要后续的切割定向面操作工序，通过相应的加工能够得到蓝宝石晶片7结构，能够节省操作工序，降低切割损耗。

本发明将蓝宝石晶锭1安装放置于加工台面上，蓝宝石晶锭1跟随加工台面做圆周及直线方向转动，同时金刚石线在垂直于蓝宝石晶锭1放置方向做切割；金刚石线与蓝宝石晶锭1的运动方向对应配合，直至完成一次蓝宝石晶棒取棒过程；金刚石线先在蓝宝石晶锭1内切割第一蓝宝石晶棒，并在切割第一蓝宝石晶棒后产生定位平面5，通过定位平面5，金刚石线在蓝宝石晶锭1内切割出第二蓝宝石晶棒，通过在蓝宝石晶锭1内切割一次平面结构能够分别形成第一蓝宝石晶棒的第一定向面与第二蓝宝石晶棒的第二定向面，所述平面的尺寸与蓝宝石晶片的尺寸相匹配，能节省二次切割产生的蓝宝石晶体，金刚石线的外径小，能够减小蓝宝石晶棒过程中产生的材料浪费，同时能够缩小相邻蓝宝石晶棒切口的距离，能够极大的提高蓝宝石晶锭1在取棒时的成材率，工艺操作简单，能提高切割效率，降低加工成本，适应范围广，安全可靠。

Claims

1.一种利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，其特征是，所述蓝宝石晶锭取棒的切割方法包括如下步骤：

（a）、提供生长完成的蓝宝石晶锭；

（b）、将蓝宝石晶锭安装放置于加工台面上；

（c）、利用金刚石线对加工台面上的蓝宝石晶锭进行切割；切割时，蓝宝石晶锭跟随加工台面转动，金刚石线沿垂直于蓝宝石晶锭放置的方向切割，在蓝宝石晶锭内切割出第一蓝宝石晶棒，所述第一蓝宝石晶棒由第一定向面和第一圆弧面构成的柱状体，所述第一定向面沿柱状体的长度分布；

（d）、取出蓝宝石晶锭内的第一蓝宝石晶棒，在蓝宝石晶锭内形成与第一蓝宝石晶棒的第一定向面相对应的定位平面，所述定位平面贯通蓝宝石晶锭；

（e）、金刚石线沿蓝宝石晶锭内的定位平面切割，蓝宝石晶锭跟随加工台面转动，金刚石线沿垂直于蓝宝石晶锭放置的方向切割，在蓝宝石晶锭内切割出第二蓝宝石晶棒，所述第二蓝宝石晶棒由第二定向面和第二圆弧面构成的柱状体，所述定位平面沿柱状体的长度分布；

（f）、取出第二蓝宝石晶棒，在蓝宝石晶锭上进行下一次切割。

2.根据权利要求1所述利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，其特征是：所述蓝宝石晶锭内取出第一蓝宝石晶棒与第二蓝宝石晶棒后，在蓝宝石晶锭内形成第一蓝宝石晶锭切孔；所述第一蓝宝石晶锭切孔贯通蓝宝石晶锭，且第一蓝宝石晶锭切孔呈8字形。

3.根据权利要求1所述利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，其特征是：所述金刚石线的外径为0.16mm~0.5mm。

4.根据权利要求1所述利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，其特征是：所述蓝宝石晶锭跟随加工台面转动的速度为每分钟0.1mm~10mm。

5.根据权利要求1所述利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，其特征是：所述金刚石线在蓝宝石晶锭内切割出晶棒的速度为2m/s~15m/s。

6.根据权利要求1所述利用8字形切割提高蓝宝石晶锭取棒成材率的方法，其特征是：所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为2英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面的宽度为16.5mm；所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为4英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面的宽度为33mm；所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为6英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面的宽度为66mm；所述第一蓝宝石晶棒的第一圆弧面外径为8英寸时，第一蓝宝石晶棒上相应第一定向面的宽度为132mm。