CN105751393B - 高边缘质量蓝宝石晶片的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高边缘质量蓝宝石晶片的加工方法，其工艺过程主要包括晶片切割、晶片研磨、激光切边、边缘倒角、边缘扫光、化学机械抛光、退火等步骤。本发明主要通过采用激光切割蓝宝石晶片边缘的方式，可显著降低加工后晶片边缘损伤层厚度，减少后续边缘加工所需预留余量。通过边缘倒角、边缘扫光、化学机械抛光和低温退火，可有效降低晶片边缘损伤层厚度，避免晶片因边缘存在裂纹而导致强度大幅下降。
Description
（一）技术领域
本发明属于蓝宝石加工技术领域，尤其涉及一种高边缘质量蓝宝石晶片的加工方法。
（二）背景技术
蓝宝石具有优异的综合性能，被广泛应用到航空航天、军事、半导体等诸多方面。近年来，蓝宝石更是引起了人们极大的关注，除了已经大量用作氮化镓基蓝光LED的衬底外，消费类电子方面也显示出广阔的市场前景。
蓝宝石材料在应用时，通常需要经过晶块/晶棒加工、切片、研磨、抛光等一系列工序，最终制成高表面质量的抛光晶片。蓝宝石晶片的抛光技术优劣，直接影响终端产品的性能与可靠性，人们也对蓝宝石的表面抛光技术进行了深入研究。然而，仅有高的表面质量是远远不够的，晶片在切割后，边缘表面会形成棱角、崩边，甚至微小裂纹等缺陷，边缘表面粗糙。蓝宝石是一种典型的脆性材料，在发生断裂时，几乎不发生塑性变形，这使得蓝宝石晶片表面或边缘如果存在缺陷（微裂纹和崩边等），则更容易导致晶片强度大幅度降低。因此，为了提高蓝宝石晶片的机械强度，需要对晶片边缘进行特殊处理，使其边缘表面更加圆滑，减小损伤层厚度。
（三）发明内容
本发明的目的在于提供一种能够改善蓝宝石晶片的边缘加工质量，进而提高蓝宝石晶片的机械强度，具有高效率、高成品率、高稳定性、低成本等优点的高边缘质量蓝宝石晶片的加工方法。
本发明的目的是这样实现的：用多线切割机将蓝宝石晶块或晶棒切割成晶片，研磨后，用激光切割的方式对蓝宝石晶片进行切边，再用倒角机将切割得到的蓝宝石晶片边缘进行边缘倒角，用扫光机对倒角后的蓝宝石晶片进行边缘扫光、化学机械抛光，对抛光片进行退火处理，得到最终的晶片，其工艺过程如下：
（1） 用多线切割及研磨机将蓝宝石晶块或晶棒加工成蓝宝石研磨片；
（2） 激光切边步骤：用激光切割机进行蓝宝石研磨片的边缘切割，其中激光切割机的参数分别为，频率400～800Hz，脉宽100～200us，功率25～45%，激光探头移动速度4mm/s；
（3） 边缘倒角步骤：使用400～1200目的金刚石砂轮将激光切割后的蓝宝石晶片进行边缘倒角，砂轮的转速为2000～4000rpm，晶片的进给速度为0.5～3mm/min；
（4） 边缘扫光步骤：用猪毛、羊毛等软质毛刷配合钻石研磨液的方式进行边缘扫光，其中毛刷的转速为10000～30000rpm，进给速度为1~5mm/min，金刚石磨料粒径1~5μm；
（5） 化学机械抛光步骤：在抛光机上对边缘扫光后的蓝宝石晶片进行化学机械抛光，抛光压力为300～800g/cm2，抛光温度为40～50℃；
（6） 退火步骤：在空气气氛下将抛光后的蓝宝石晶片进行退火，退火炉以30～200℃/h的升温速度升至700～1000℃，保温5～20h，然后以30～200℃/h的速度降至室温。
本发明的有益效果在于：
本发明采用激光切边配合软质毛刷加钻石液边缘扫光的方法可以高效地获得高边缘质量的蓝宝石晶片。
（1）利用激光切割机切割蓝宝石晶片，得到的边缘质量好，可减小后续边缘加工所需加工余量，显著提高加工效率；
（2）采用软质毛刷结合钻石研磨液对蓝宝石晶片边缘扫光，可有效去除激光切割后晶片边缘的损伤层，提高晶片边缘的加工质量，进而提高晶片的机械强度。
（3）抛光后的晶片通过低温退火，可以有效去除晶片表面的残余应力，改善晶片的力学性能。
（四）附图说明
图1为本发明加工方法流程图。
（五）具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图1，本实施例为一种高边缘质量蓝宝石晶片的加工工艺过程：
S100，晶片切割：用多线切割机将蓝宝石晶块或晶棒切割成晶片；
S200，晶片研磨：用研磨机对蓝宝石切割片进行双面研磨；
S300，激光切割：将激光切割机的激光频率调整到550Hz，脉宽调节至140us，功率选择40%，探头移动速度设定为4mm/s，将蓝宝石晶片切割刀所需尺寸；
S400，边缘倒角：将激光切割后的蓝宝石晶片，利用600目金刚石砂轮进行边缘倒角。砂轮的转速为3000rpm，晶片的进给速度为0.5mm/min；
S500，边缘扫光：用猪毛刷加3μm钻石研磨液对倒角后的晶片边缘进行扫光，正反面各扫光10min；
S600，化学机械抛光：用抛光机对边缘扫光后的晶片进行化学机械抛光，抛光压力为650g/cm2，抛光温度为40℃；
S700，退火：将抛光后的晶片放到退火炉中进行退火处理，退火过程在空气中进行，首先将放置好晶片的退火炉在12h内升至900℃，恒温10h，最后在12h内降至室温。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于具有本发明所属领域基础知识的人员来讲，可以很容易对本发明进行变更和修改，这些变更和修改都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (1)
1.一种高边缘质量蓝宝石晶片的加工方法，其特征在于它包括以下步骤，首先用多线切割机将蓝宝石晶块或晶棒切割成晶片，研磨后，用激光切割的方式对蓝宝石晶片进行切边，再用倒角机将切割得到的蓝宝石晶片边缘进行边缘倒角，用扫光机对倒角后的蓝宝石晶片进行边缘扫光、化学机械抛光，对抛光片进行退火处理，得到最终的晶片；所述的激光切割，所用激光的频率为550Hz，脉宽为140us，功率为40%，速度为4mm/s；所述的边缘倒角，倒角砂轮使用600目金刚石砂轮，转速为3000rpm，晶片进给速度为0.5mm/min；所述的边缘扫光，采用猪毛、羊毛软质毛刷配合钻石研磨液的方式进行边缘扫光，毛刷转速为10000rpm，进给速度为1mm/min，金刚石磨料粒径3μm，正反面各扫光10min；所述的化学机械抛光，压力为650g/cm2，抛光温度为40℃；所述的退火处理在空气中进行，具体工艺过程为：首先将化学机械抛光后的蓝宝石晶片放入退火炉内，然后以30～200℃/h的升温速度在12h内将退火炉内温度升至900℃，保温10h，最后以30～200℃/h的降温速度在12h内将退火炉内温度降至室温。
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