CN104559799A - 一种含复合磨料的化学机械抛光液 - Google Patents

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宋志棠
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    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents

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Abstract

本发明涉及化学抛光领域，具体涉及一种含复合磨料的化学机械抛光液及其制备方法。所述化学机械抛光液，含有复合磨料，所述复合磨料由二氧化硅和三氧化二铝组成。所述复合磨料中，二氧化硅和三氧化二铝的重量比为0.1:1~3:1。本发明利用二氧化硅的化学活性和三氧化二铝的硬度之间的协同作用，可有效地提高蓝宝石的抛光效率。

Description

一种含复合磨料的化学机械抛光液
技术领域
本发明涉及化学抛光领域，具体涉及一种含复合磨料的化学机械抛光液及其制备方法。
背景技术
蓝宝石晶片是LED芯片的关键衬底材料，随着W灯丝的替换和国际禁汞条约的生效，LED必将成为主流的照明技术。公用、商业照明的大规模替代已经启动，家庭照明的渗透率将快速提高。由于蓝宝石的优异的耐磨性和透光性，还大量应用于窗口透光材料，如照相机的保护镜头，手机HOME键，手机和智能手表的屏幕。抛光液是蓝宝石晶片加工的关键耗材。
蓝宝石晶片具有非常广阔的市场和前景，但阻碍其更快速度发展的最主要的因素是成本。由于蓝宝石晶片非常硬，莫氏硬度为9，蓝宝石晶片的主要化学成分是α-Al2O3，化学活性并不高。尤其是窗口上的应用采用A向蓝宝石，强度更高，化学活性更低。因此目前蓝宝石的加工耗时耗力，如何提高蓝宝石的加工效率是国内外研究人员需要解决的热点问题。
目前蓝宝石抛光液主要有两种类型，一种是以二氧化硅为磨料的抛光液，另一种是以三氧化二铝为磨料的抛光液，这两种抛光液都得到大规模的应用，尤其是以二氧化硅为磨料的抛光液。蓝宝石硬度很高，二氧化硅的硬度要低于被抛的蓝宝石，但是依然能够有效地去除蓝宝石，抛光速率为3-6微米/小时，我们的研究发现(邢星等，蓝宝石化学机械抛光液抛光作用机制研究，上海第二工业大学学报，2013年第30卷第3期，P187-196)，二氧化硅在抛光液过程会与蓝宝石的水化层发生固相反应。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于抛光蓝宝石的具有高抛光效率的含复合磨料的化学机械抛光液及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明的第一方面提供了一种化学机械抛光液，含有复合磨料，所述复合磨料由二氧化硅和三氧化二铝组成。
优选的，所述复合磨料中，二氧化硅和三氧化二铝的重量比为0.1:1～3:1。
优选的，所述复合磨料中，二氧化硅的质量百分比为10-45wt％。
优选的，所述复合磨料中，三氧化二铝的质量百分比为10-45wt％。
优选的，所述复合磨料中，二氧化硅的粒径为30-150nm。
优选的，所述复合磨料中，三氧化二铝的粒径为30-500nm。
优选的，所述二氧化硅可以采用离子交换法、硅粉溶解法或正硅酸甲酯等方法制备获得，也可通过市售途径购。所述三氧化二铝可以采用拜尔法或醇铝法获得，也可通过市售途径购买获得。买获得
优选的，所述化学机械抛光液还含有pH值调节剂、螯合剂和表面活性剂。
优选的，所述化学机械抛光液的pH值为8-12。
优选的，所述pH值调节剂选自KOH、NaOH、氨水、四甲基氢氧化氨、有机胺中的任意一种或多种的组合。
优选的，所述螯合剂选自多胺、多膦酸、多氨基羧酸、多氨基膦酸中的任意一种或多种的组合。
优选的，所述表面活性剂选自非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂中的任意一种或多种的组合。
优选的，所述非离子表面活性剂选自聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一种或多种的组合。
优选的，所述化学机械抛光液的组成及其含量为：
三氧化二铝：10～35wt％
二氧化硅：10～35wt％
NaOH：0.1wt％
乙二胺四甲基膦酸钠：0.01wt％
其余为水。
pH：11.5
本发明的第二方面提供了还前述化学机械抛光液的制备方法，包括抛光液的配置步骤和过滤步骤。
优选的，所述抛光液的配置步骤为按照上述抛光液的组成配比将各组分混合并搅拌均匀，所述搅拌的温度为20～45℃，搅拌的时间为10～120分钟，搅拌速度为150r/min～1500r/min。
优选的，所述抛光液的过滤步骤包括袋式过滤和0.5-20微米的滤芯过滤。
本发明的第三方面提供了前述化学机械抛光液在抛光领域的用途。
优选的，所述用途具体为用于抛光蓝宝石的用途。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明利用二氧化硅的化学活性和三氧化二铝的硬度之间的协同作用，可有效地提高蓝宝石的抛光效率。
具体实施方式
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例1
用于抛光蓝宝石的化学机械抛光液的主要成分及其含量：
三氧化二铝：20wt％
二氧化硅：10wt％
pH：11.5
NaOH：0.1wt％
乙二胺四甲基膦酸钠：0.01wt％
其余为水。
采用上述的抛光液进行抛光实验：
抛光材料：2英寸蓝宝石片；
抛光机台：Speed 32SPAW；
抛光压力：400g/cm2；
抛光转速：60rpm；
抛光垫：SUBA600；
抛光速率：5.8微米/小时。
表面没有明显的划伤。
实施例2
用于抛光蓝宝石的化学机械抛光液的主要成分及其含量：
三氧化二铝：10wt％
二氧化硅：35wt％
pH：11.5
NaOH：0.1wt％
乙二胺四甲基膦酸钠：0.01wt％
其余为水。
采用上述的抛光液进行抛光实验：
抛光材料：2英寸蓝宝石片；
抛光机台：Speed 32SPAW；
抛光压力：400g/cm2；
抛光转速：60rpm；
抛光垫：SUBA600；
抛光速率：7微米/小时。
表面没有明显的划伤。
实施例3
用于抛光蓝宝石的化学机械抛光液的主要成分及其含量：
三氧化二铝：35wt％
二氧化硅：10wt％
pH：11.5
NaOH：0.1wt％
乙二胺四甲基膦酸钠：0.01wt％
其余为水。
采用上述的抛光液进行抛光实验：
抛光材料：2英寸蓝宝石片；
抛光机台：Speed 32SPAW；
抛光压力：400g/cm2；
抛光转速：60rpm；
抛光垫：SUBA600；
抛光速率：9微米/小时。
表面没有明显的划伤。
实施例4
用于抛光蓝宝石的化学机械抛光液的主要成分及其含量：
三氧化二铝：10wt％
二氧化硅：20wt％
pH：11.5
NaOH：0.1wt％
乙二胺四甲基膦酸钠：0.01％
其余为水
采用上述的抛光液进行抛光实验：
抛光材料：2英寸蓝宝石片；
抛光机台：Speed 32SPAW；
抛光压力：400g/cm2；
抛光转速：60rpm；
抛光垫：SUBA600；
抛光速率：5微米/小时。
表面没有明显的划伤。
对比例1
用于抛光蓝宝石的化学机械抛光液的主要成分及其含量：
二氧化硅：10wt％、20wt％、30wt％或45wt％
pH：11.5
NaOH：0.1wt％
乙二胺四甲基膦酸钠：0.01wt％
其余为水
采用上述的抛光液进行抛光实验：
抛光材料：2英寸蓝宝石片；
抛光机台：Speed 32SPAW；
抛光压力：400g/cm2；
抛光转速：60rpm；
抛光垫：SUBA600；
抛光速率：最大为2微米/小时。
表面没有明显的划伤。
对比例2
用于抛光蓝宝石的化学机械抛光液的主要成分及其含量：
三氧化二铝：10wt％、20wt％、30wt％或45wt％
pH：11.5
NaOH：0.1wt％
乙二胺四甲基膦酸钠：0.01wt％
其余为水。
采用上述的抛光液进行抛光实验：
抛光材料：2英寸蓝宝石片；
抛光机台：Speed 32SPAW；
抛光压力：400g/cm2；
抛光转速：60rpm；
抛光垫：SUBA600；
抛光速率：最大为4微米/小时。
表面没有明显的划伤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种化学机械抛光液，含有复合磨料，所述复合磨料由二氧化硅和三氧化二铝组成。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述复合磨料中，二氧化硅和三氧化二铝的重量比为0.1:1～3:1。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述复合磨料中，二氧化硅的质量百分比为10-45wt％；三氧化二铝的质量百分比为10-45wt％。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液还含有pH值调节剂、螯合剂和表面活性剂。
5.根据权利要求5所述的化学机械抛光液，其特征在于，述pH值调节剂选自KOH、NaOH、氨水、四甲基氢氧化氨、有机胺中的任意一种或多种的组合。
6.根据权利要求5所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述螯合剂选自多胺、多膦酸、多氨基羧酸、多氨基膦酸中的任意一种或多种的组合。
7.根据权利要求5所述的化学机械抛光液，其特征在于，所述表面活性剂选自非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂中的任意一种或多种的组合。
8.如权利要求1～7任一权利要求所述的化学机械抛光液的制备方法，包括抛光液的配置步骤和过滤步骤。
9.如权利要求1～7任一权利要求所述的化学机械抛光液在抛光领域的用途。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述用途具体为用于抛光蓝宝石的用途。
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