CN104786378B - 蓝宝石及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝宝石的加工方法，包括将蓝宝石晶体切割成长方体形状的方块，长方体形状的方块至少上下两底面为正方形，所述正方形的边长为50‑60毫米；再将方块切割为若干个具有相同或不同厚度的正方形基片，所述基片的上下两底面的边长与所述方块上下两底面的边长相同。然后将正方形基片切割成若干个窗口片，所述窗口片上下两底面为正方形或圆形，厚度与基片相同，所述正方形基片底面边长为窗口片底面的边长或直径的4‑5倍，并加上1‑5mm的加工余量。本发明提供的蓝宝石的加工方法能有效的提高蓝宝石材料的利用率，最大程度的减少蓝宝石窗口片的使用成本，可广泛的应用在蓝宝石窗口片的生产中。

Description

蓝宝石及其加工方法

技术领域

本发明申请属于蓝宝石加工领域，尤其涉及蓝宝石产品及其加工方法以及在制备蓝宝石窗口片中的用途。

背景技术

蓝宝石(Sapphire)是刚玉宝石中除红色的红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，其主要成分为氧化铝(Al₂O₃)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键形式结合而成，其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(190nm)到中红外线都具有很好的透光性，因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上，具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性等特点。蓝宝石价格贵，而且是一种相当难加工的材料，因此，在加工过程中应该保证材料的最大利用率。受蓝宝石晶体本身大小限制，现有技术对蓝宝石晶体的加工通常采用掏棒、滚磨等工艺将蓝宝石晶体加工成圆柱形大晶棒，然后通过切片、抛光等工艺将晶棒加工成蓝宝石窗口片的加工成一定厚度的圆形基片。全球主要的蓝宝石制造商向外延片(如手机摄像头保护用窗口片)厂家提供的蓝宝石基片几乎均为2英寸的圆片，外延片厂家再根据需要在2英寸圆片的基础上进一步切割加工成小片。然而，现有的2英寸蓝宝石圆形基片是沿用了LED衬底片的制成工序，适合进一步切割小尺寸的圆片，比如直径为6mm的小圆片，可以充分利用宝石材料。但现有更多的产品设计需要直径在10mm以上的小圆片或者边长为10mm以上的小方片，如再利用2英寸圆片进行加工，则不能得到最好的材料利用率，并且会大幅度增加材料成本，以致产品市场接受度低。

发明内容

本发明的加工方法目的在于提供一种更加有效利用材料，提高生产效率，降低产品成本的蓝宝石窗口片的加工方法。

本发明采用的技术方案，包括以下步骤：

1)、将蓝宝石晶体切割成长方体形状的方块，所述长方体形状的方块至少上下两底面为正方形，所述正方形的边长为50-60毫米；

2)、将步骤1)所述方块切割为若干个具有相同或不同厚度的正方形基片，所述基片的上下两底面的边长与所述方块上下两底面的边长相同。

本发明还可进一步包括步骤3)：将步骤2)所述正方形基片切割成若干个窗口片，所述窗口片上下两底面为正方形或圆形，厚度与基片相同，所述基片底面边长为窗口片底面的边长或直径的4-5倍，并加上1-5mm的加工余量(基片底面边长为50-60毫米)。

优选的，步骤1)，2)的切割方式为线切割，更优选的切割方式为多线切割；

优选的，步骤2)还包括对正方形基片进行磨片、退火、抛光处理，得到双面抛光基片；

优选的，步骤3)的切割方式为超快激光切割；超快激光特指光脉冲的时间宽度低于纳秒(10^-9秒)。超快激光用于蓝宝石切割，脉冲能量需达到100uJ左右，达到最好的切割效果和加工效率；

本发明还提供一种蓝宝石产品，为长方体形状(含正方体)，至少上下两底面为正方形，正方形的边长为50-60毫米。即，当长方体根据另外四条平行的边的长短不同，可以分别对应本发明的方块和正方形基片。

本发明还提供一种蓝宝石产品在制备蓝宝石窗口片中的用途，所述产品为长方体形状(含正方体)，至少上下两底面为正方形，正方形的边长为50-60毫米。

本发明的有益效果为：采用本发明的技术方案加工得到的蓝宝石窗口片采用从晶体取方块料的方式最大程度的利用了昂贵的蓝宝石材料，可广泛用于蓝宝石等宝石晶体行业。

附图说明

图1为从2英寸圆片和从2英寸方片上截取直径为15mm的圆片示意图。

图2为从2英寸圆片和从2英寸方片上截取直径为10mm的方片示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

将生长完成的蓝宝石晶体放置在固定工装上，采用金刚石线进行多线切割(一般为3条的多线切割机)，将晶体切割成方块料(长方体形状的方块)，块料的截面为55X55mm的方形，长度为实际从晶体从切割出的长度。

采用密集多线切割的方式将蓝宝石方块加工成55X55mm的薄方片，厚度根据最终产品的厚度，可以为0.6mm或0.7mm。

对方片进行磨片处理，去除切割线痕；清洗干净后，方片进行退火处理，在退火炉中使用1400摄氏度的温度进行退火处理；对方片进行CMP抛光，完成蓝宝石双面抛光方片的加工，完成55X55mm的方片，厚度可以为0.3mm，或者0.4mm

将双面抛光方片切割成小片(窗口片)，可选用超快激光进行切割。超快激特指光脉冲的时间宽度低于纳秒(10^-9秒)。用于蓝宝石切割，脉冲能量需达到100uJ左右，切割崩边控制在0.03mm以内。

比较相同尺寸的小片在2英寸蓝宝石圆片和55X55mm的正方形蓝宝石基片上的取料数：

从2英寸圆片上取边长为12.5mm的方片和直径为12.5mm的圆片分别能取7片和9片；

从55X55mm的方片上取边长为12.5mm的方片和直径为12.5mm的圆片分别能取16片和16片。

实施例2

采用实施例1的方法进行切割，在蓝宝石晶体中取截面为不同边长正方形的方块并制作方形基片，进一步根据需要截取小窗口片，并与标准的2英寸蓝宝石圆片的截取数量进行对比：

从2英寸圆片上取边长为10mm的方片和直径为10mm的圆片分别能取12片和14片；

从55X55mm的方片上取边长为10mm的方片和直径为10mm的圆片分别能取25片和25片。

从2英寸圆片上取边长为11mm的方片和直径为11mm的圆片分别能取9片和12片；

从60X60mm的方片上取边长为11mm的方片和直径为11mm的圆片分别能取25片和25片。

从2英寸圆片上取边长为12mm的方片和直径为12mm的圆片分别能取7片和10片；

从53X53mm的方片上取边长为12mm的方片和直径为12mm的圆片分别能取16片和16片。

从2英寸圆片上取边长为13mm的方片和直径为13mm的圆片分别能取7片和9片；

从57X57mm的方片上取边长为13mm的方片和直径为13mm的圆片分别能取16片和16片。

从2英寸圆片上取直径为15mm的圆片分别能取7片，从2英寸方片上取直径为15mm的圆片能取9片，产出增加约28％；

从2英寸圆片上取直径为10mm的圆片分别能取12片，从2英寸方片上取直径为16mm的圆片能取9片，产出增加约33％。

由上述数据可以看出，本发明对蓝宝石晶体进行充分取材利用，从能够生产2英寸圆形基片的蓝宝石晶体中取截面边长为50-60mm方块并制作方形基片，进一步截取一定大小的小窗口片，对蓝宝石晶体的利用率在截取方块步骤和截取小窗口片步骤同时得到很大提高，大大降低了窗口片的生产成本。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种蓝宝石的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、将蓝宝石晶体切割成长方体形状的方块，所述长方体形状的方块至少上下两底面为正方形，所述正方形的边长为50-60毫米；

2)、将步骤1)所述方块切割为若干个具有相同或不同厚度的正方形基片，所述正方形基片的上下两底面的边长与所述方块上下两底面的边长相同；

3)、将步骤2)所述正方形基片切割成若干个窗口片，所述窗口片上下两底面为正方形或圆形，厚度与基片相同，所述正方形基片底面边长为窗口片底面的边长或直径的4-5倍，并加上1-5mm的加工余量；窗口片的厚度为0.3mm或0.4mm，正方形窗口片的边长或圆形窗口片的直径为10mm、11mm、12mm、12.5mm或13mm。

2.如权利要求1所述蓝宝石的加工方法，其特征在于，步骤1)，2)的切割方式为线切割。

3.如权利要求2所述蓝宝石的加工方法，其特征在于，所述线切割为多线切割。

4.权利要求1所述蓝宝石的加工方法，其特征在于，步骤2)还包括对正方形基片进行磨片、退火、抛光处理，得到双面抛光基片。

5.如权利要求1所述蓝宝石的加工方法，其特征在于，步骤3)的切割方式为超快激光切割。