CN106346317A - 加工制备蓝宝石晶片的方法 - Google Patents

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赵慧佳
王同庆
李昆
路新春
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations

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Abstract

本发明涉及加工制备蓝宝石晶片的方法，包括：使用第一磨料对蓝宝石衬底片进行双面研磨和清洗，以便得到蓝宝石晶片初品；以及使用第二磨料对清洗后的所述蓝宝石晶片初品进行抛光处理和清洗，以便得到蓝宝石晶片。该方法可以显著提高加工效率，缩短加工时间，同时可以进一步减少由不同抛光液切换时带来的损伤。

Description

加工制备蓝宝石晶片的方法
技术领域
本发明涉及蓝宝石的制作，具体而言，本发明涉及加工制备蓝宝石晶片的方法。
背景技术
现有的技术，通常的做法是双面研磨、精研、抛光衬底使得两个主要表面(面)满足平面度、平滑度或两者的某个最低水平。在双面研磨时一般采用碳化硼磨料，精细研磨时采用金刚石磨料，抛光时采用氧化硅，每个工艺步骤使用磨料不同，工艺步骤之间转换时产生多次损伤，且每次进行工艺步骤转换时都需要进行清洗，这导致在时间以及额外物资和设备磨损方面的不必要费用。
因此，目前用于加工制备蓝宝石晶片的方法还有待进一步改进。
发明内容
现有的技术，通常的做法是双面研磨、精研、抛光衬底使得两个主要表面(面)满足平面度、平滑度或两者的某个最低水平。在双面研磨、精研、抛光每个步骤中采用的磨料均不同，工艺步骤之间转换时产生多次损伤，且每次进行工艺步骤转换时都需要进行清洗，这导致在时间以及额外物资和设备磨损方面的不必要费用。因此，现有的加工蓝宝石衬底片的工艺具有以下几点缺陷：1)工序复杂，需要将工件转移到多个设备，不利于得到较好平面度；2)每个工序使用的抛光液磨料种类不同，每次切换磨料时都有新的损伤层；3)消除损伤层无形中增加了整个加工过程的时间。
为此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本发明提出一种具有工序简单、加工效率高的加工制备蓝宝石晶片的方法。
根据本发明的一个方面，本发明提出的加工制备蓝宝石晶片的方法，包括：
使用第一磨料对蓝宝石衬底片进行双面研磨和清洗，以便得到蓝宝石晶片初品；以及
使用第二磨料对清洗后的所述蓝宝石晶片初品进行抛光处理和清洗，以便得到蓝宝石晶片。
本发明上述实施例的加工制备蓝宝石晶片的方法将传统的双面研磨、精研、抛光三步精简为双面研磨和抛光两步骤，由此可以显著提高加工效率，缩短加工时间，同时可以进一步减少由不同抛光液切换时带来的损伤。
另外，根据本发明上述实施例的加工制备蓝宝石晶片的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述第一磨料为碳化硼、金刚石、氧化铝、碳化硅中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述第一磨料的浓度为20-50wt.％。
在本发明的一些实施例中，所述第二磨料为金刚石、氧化铝、氧化硅和氧化铈中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述第二磨料的浓度为1-15wt.％。
在本发明的一些实施例中，所述双面研磨采用的研磨压力为3-9psi，上盘转速为10-50rpm，下盘转速为30-80rpm。
在本发明的一些实施例中，所述抛光处理采用的抛光压力为4-10psi，转速为80-120rpm。
在本发明的一些实施例中，所述抛光处理采用的去除速率为不小于10μm/h。
在本发明的一些实施例中，所述晶片初品的表面的平坦度小于5μm，翘曲度小于8μm。
在本发明的一些实施例中，所述蓝宝石晶片的表面粗糙度不大于0.3nm，平坦度小于5μm。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种加工制备蓝宝石晶片的方法。根据本发明的具体实施例，该方法包括：使用第一磨料对蓝宝石衬底片进行双面研磨和清洗，以便得到蓝宝石晶片初品；以及使用第二磨料对清洗后的所述蓝宝石晶片初品进行抛光处理和清洗，以便得到蓝宝石晶片。
本发明上述实施例的加工制备蓝宝石晶片的方法将传统的双面研磨、精研、抛光三步精简为双面研磨和抛光两步骤，由此可以显著提高加工效率，缩短加工时间，同时可以进一步减少由不同抛光液切换时带来的损伤。
下面详细描述本发明具体实施例的加工制备蓝宝石晶片的方法。
首先，使用第一磨料对蓝宝石衬底片进行双面研磨和清洗，以便得到蓝宝石晶片初品。
根据本发明的具体实施例，双面研磨采用的第一磨料可以为碳化硼、金刚石、氧化铝、碳化硅中的至少一种。由此可以有效地对蓝宝石衬底片的上下两个表面进行加工研磨。根据本发明的具体示例，第一磨料优选碳化硼。
根据本发明的具体实施例，第一磨料的浓度为20-50wt.％。磨料浓度低于20wt.％，研磨效率低。磨料浓度达到50wt.％后研磨效率增加不明显，增加磨料浓度只会增加加工成本。
根据本发明的具体实施例，双面研磨采用的研磨压力为3-9psi，上盘转速为10-50rpm，下盘转速为30-80rpm。研磨压力太小，去除速率太小，表面质量也达不到要求。研磨压力太大，有破片风险。转速太小或太大，表面质量达不到要求。
由此通过采用上述方法对蓝宝石衬底片进行双面研磨，可以对蓝宝石衬底快速减薄去除晶片在多线切割过程中产生的线痕等表面缺陷，研磨后平坦度提高，表面粗糙度提高为抛光做准备。根据本发明的具体实施例，采用上述方法进行双面研磨后得到的蓝宝石晶片初品的表面的平坦度小于5μm，翘曲度小于8μm。
其次，使用第二磨料对清洗后的所述蓝宝石晶片初品进行抛光处理和清洗，以便得到蓝宝石晶片。
根据本发明的具体实施例，抛光处理采用的第二磨料可以为金刚石、氧化铝、氧化硅和氧化铈中的至少一种。由此可以有效地对蓝宝石晶片初品进行抛光处理。进而提高蓝宝石晶片初品的粗糙度和平坦度。优选地，第二磨料可以为氧化铝，由此可以进一步提高抛光效果。
根据本发明的具体实施例，第二磨料的浓度为1-15wt.％。由此可以进一步条提高抛光效果，提高蓝宝石晶片初品的粗糙度和平坦度。磨料浓度太低，抛光后晶片表面质量达不到要求。磨料浓度达到15wt.％后抛光效率增加不明显，对表面质量的提高也没有明显的提高作用，增加磨料浓度只会增加加工成本。
根据本发明的具体实施例，具体地，抛光处理可以采用的抛光压力为4-10psi，转速为80-120rpm。抛光处理采用的去除速率为不小于10μm/h。抛光压力太小，去除速率达不到10μm/h，表面质量也达不到要求。抛光压力太大，有破片风险。转速太小或太大，表面质量达不到要求。
由此通过采用上述抛光处理的条件，可以显著提高抛光处理的效果，提高蓝宝石晶片初品的粗糙度和平坦度。具体，通过上述方法加工处理得到的蓝宝石晶片的表面粗糙度不大于0.3nm，平坦度小于5μm。该蓝宝石晶片的质量可以达到传统的三步法加工制备得到的蓝宝石晶片的同等水平。
根据本发明的具体实施例，本发明上述实施例的加工制备蓝宝石晶片的方法具体可以按照下列步骤进行：
本发明的一种蓝宝石衬底片的磨抛工艺，该工艺方法包括下述步骤：
双面研磨，将清洗干净的蓝宝石衬底片摆放入研磨设备，用第一磨料按照30-50wt.％的浓度比例与水混合作为研磨液，研磨转速为800-1000rpm，研磨时间20-30分钟，去除量为90-110μm，研磨后的衬底片放超声波清洗槽进行清洗，得到蓝宝石晶片初品；
抛光处理，将清洗干净的蓝宝石晶片初品放入抛光设备，用浓度为1-15wt.％的第二磨料作为抛光液，抛光液pH值为9-12，抛光压力为4-10psi，转速为80-120rpm，抛光时间为1-3小时，抛光去除速率为10-15μm/h。抛光处理后的衬底片放超声波清洗槽进行清洗得到蓝宝石晶片。
根据本发明的具体实施例，通过双面研磨可以对蓝宝石衬底片进行快速减薄并去除蓝宝石衬底片在多线切割过程中产生的线痕等表面缺陷，研磨后平坦度提高，表面粗糙度提高为下一步的抛光处理做准备，双面研磨后得到的蓝宝石晶片初品的平坦度小于5μm，翘曲度小于8μm。
本发明上述实施例的加工制备蓝宝石晶片的方法，在双面研磨与抛光处理之间，减少了精研的工艺步骤，依然可以达到产品要求。进而可以显著缩短蓝宝石衬底片加工工艺的时间，减少由不同抛光液切换时带来的损伤，且抛光时具有抛光速率高的特点。
本文中出现的“wt.％”均指质量百分比。
实施例1
(1)双面研磨，将清洗干净的衬底片摆放入研磨设备，用250#号碳化硼粉按照30wt.％的浓度比例与水混合作为研磨液，研磨转速为800rpm，研磨时间30分钟，去除量为90μm，研磨后的衬底片放超声波清洗槽进行清洗；
(2)抛光处理，将烘干的衬底片放入研磨设备中研磨，用粒度为200nm的氧化铝抛光液，抛光液pH值为11.5，抛光盘压力为5psi，抛光时间为2小时，抛光头转速为100rpm，研磨去除量为25μm。
结论：得到的蓝宝石晶片的粗糙度为0.28nm，平坦度为4.5μm。
实施例2
(1)双面研磨，将清洗干净的衬底片摆放入研磨设备，用280#号碳化硼粉按照40wt.％的浓度比例与水混合作为研磨液，研磨转速为900rpm，研磨时间20分钟，去除量为100μm，研磨后的衬底片放超声波清洗槽进行清洗；
(2)抛光处理，将烘干的衬底片放入研磨设备中研磨，用粒度为200nm的氧化铝抛光液，抛光液pH值为11.5，抛光盘压力为7psi，抛光时间为3小时，抛光头转速为110rpm，研磨去除量为30μm。
结论：得到的蓝宝石晶片的粗糙度为0.23nm，平坦度为4.8μm。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，包括：
使用第一磨料对蓝宝石衬底片进行双面研磨和清洗，以便得到蓝宝石晶片初品；以及
使用第二磨料对清洗后的所述蓝宝石晶片初品进行抛光处理和清洗，以便得到蓝宝石晶片。
2.根据权利要求1所述加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，所述第一磨料为碳化硼、金刚石、氧化铝、碳化硅中的至少一种。
3.根据权利要求1所述加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，所述第一磨料的浓度为20-50wt.％。
4.根据权利要求1所述加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，所述第二磨料为金刚石、氧化铝、氧化硅和氧化铈中的至少一种。
5.根据权利要求1所述加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，所述第二磨料的浓度为1-15wt.％。
6.根据权利要求1所述加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，所述双面研磨采用的研磨压力为3-9psi，上盘转速为10-50rpm，下盘转速为30-80rpm。
7.根据权利要求1所述加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，所述抛光处理采用的抛光压力为4-10psi，转速为80-120rpm。
8.根据权利要求1所述加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，所述抛光处理采用的去除速率为不小于10μm/h。
9.根据权利要求1所述加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，所述晶片初品的表面的平坦度小于5μm，翘曲度小于8μm。
10.根据权利要求1所述加工制备蓝宝石晶片的方法，其特征在于，所述蓝宝石晶片的表面粗糙度不大于0.3nm，平坦度小于5μm。
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