CN106700944A - 一种合成碱、a向蓝宝石抛光液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种合成碱、A向蓝宝石抛光液及其制备方法，涉及宝玉石抛光的技术领域，包括一种合成碱，以及上述合成碱、硅溶胶、表面活性剂、强碱、无机盐和去离子水等组成的A向蓝宝石抛光液及其制备方法，该抛光液解决了现有技术A向蓝宝石在抛光过程中抛光液的pH值不稳定，随着抛光的进行抛光液的pH值逐级下降，导致抛光速率降低，晶片整体的TTV值过大的问题，达到了抛光液参与抛光过程的时候能够更好地持续不断地释放羟基，从而保持抛光液的pH的稳定，最终保证抛光速率和抛光表面的稳定的技术效果。

Description

一种合成碱、A向蓝宝石抛光液及其制备方法

技术领域

本发明涉及宝玉石抛光技术领域，具体而言，涉及一种合成碱、A向蓝宝石抛光液及其制备方法。

背景技术

蓝宝石(Sapphire)，矿物名称刚玉，是一种拥有优异的光学、机械、以及化学特性的单晶形式的氧化铝(Al₂O₃)。蓝宝石具有良好的热特性、优异的透明性、优异的化学稳定性，且在高温下可保持极高的强度，因此蓝宝石材料的一大应用是在电子信息产业方面，2012年苹果公司首次将蓝宝石应用于iPhone5的摄像头盖片后，又于2013年9月，将蓝宝石应用于iPhone5s的Home键保护盖片，使得蓝宝石用量增加逾十倍。但是由于蓝宝石硬度很高(仅次于金刚石)，加工过程工艺复杂、难度较大，对加工制品表面光洁度要求较高，为获得光洁、无晶格缺陷的晶片表面人们提出各种加工工艺，其中化学机械抛光工艺(CMP)因其操作简单、加工效率高，且是目前唯一可以实现全局平坦化的抛光方法，被广泛应用于蓝宝石抛光技术领域。

但是由于蓝宝石是斜方六面体的结构，所以每个晶面的特性都不尽相同。现有CMP抛光液主要是针对C向蓝宝石片进行的配方设计，由于晶格中原子排布不同，C面蓝宝石片的硬度不及A面的蓝宝石片的硬度，也就是说A面蓝宝石片的抛光难度更大，抛光速率更慢。由于A面具有抗划伤特性较强的优点，现有应用中被广泛用作窗口，比如APPLE WATCH的表蒙、镜头的保护盖、手机屏幕的保护盖等时常会与其他物品接触到的产品上。加工过程中由于A向蓝宝石硬度高且脆性大的特点，其机械加工困难，在加工过程中普遍存在抛光速率低、晶片表面粗糙度高、及晶片整体的TTV值过大的问题，限制了A向蓝宝石行业的发展。

现有技术中，针对A向蓝宝石的抛光液一般采用强氧化剂或氢氧化钠等作为pH调节剂，但在加工的过程中抛光液的pH值不稳定，随着抛光的进行抛光液的pH值逐级下降，导致抛光速率降低，晶片整体的TTV值过大等问题。现有技术中也有在抛光过程中不断加入pH调节剂的方案，但加入的量很难把控，一旦pH值过高，硅溶胶将转化为可溶性水液，起不到研磨作用。因此，研究开发一种在抛光过程中能使抛光液的pH值保持稳定的合成碱助剂，日益成为化学机械抛光工艺应用于A向蓝宝石抛光的研究重点。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种合成碱，该合成碱含有较多数量的羟基，在制备成抛光液参与抛光过程的时候能够更好地持续不断地释放羟基，从而保持抛光液的pH的稳定。

本发明的第二目的在于提供一种合成碱的制备方法，该方法利用逐步反应的方法，首先使第一类反应物与第二类反应物进行反应，生成的中间物再与第三类反应物反应，最终反应生成一种含有羟基数量较多的合成碱。

本发明的第三目的在于提供一种A向蓝宝石抛光液，该抛光液通过在硅溶胶中加入合成碱，这种合成碱在参与抛光过程的时候能够持续地释放羟基，从而保持抛光液的pH的稳定，提高抛光速率。同时，该合成碱与强碱、无机盐和表面活性剂起到协同作用，能够使晶片中心的温度升高，最后使抛光完后晶片边缘和中心的厚度趋近一致。

本发明的第四目的在于提供一种A向蓝宝石抛光液的制备方法，该方法通过搅拌的方式，在硅溶胶中先加入表面活性剂，然后再按顺序加入合成碱、强碱和无机盐，这样表面活性剂的部分成分会在硅溶胶颗粒表面形成一层保护膜，使硅溶胶颗粒在强碱环境下能够保持均一稳定，解决了由于硅溶胶颗粒与强碱接触后，硅溶胶转化为可溶性水液，失去研磨作用，进而导致抛光效率降低的问题。

本发明提供的一种合成碱，按质量份数计，主要由如下原料制备得到：第一类反应物1～5份、第二类反应物3～30份和第三类反应物3～30份，

其中，上述第一类反应物为具有如式(Ⅰ)所示结构的化合物及其金属盐：

式(Ⅰ)中，R₁选自烷基，上述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；

上述金属盐为钠盐、镁盐、铜盐、铅盐、锌盐或铁盐；

上述第二类反应物为具有如式(Ⅱ)所示结构的化合物：

式(Ⅱ)中，R₂选自烷基、羟烷基、环烷基、芳烷基、未取代或取代芳基或未取代或取代杂芳基，

上述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；上述羟烷基是指具有2～20个碳原子的羟烷基；上述环烷基为具有3～20个碳原子的环烷基；上述取代烷基为卤素取代的1～20个碳原子的烷基、羟基取代的1～20个碳原子的烷基、氰基取代的1～20个碳原子的烷基、硝基取代的1～20个碳原子的烷基或者氨基取代的1～20个碳原子的烷基；上述芳烷基为芳基取代的1～20个碳原子的烷基；

式(Ⅱ)中，R₃选自烷基，上述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；

上述第三类反应物为具有如式(Ⅲ)所示结构的化合物：

式(Ⅲ)中，R₄选自烷基，上述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；

式(Ⅲ)中，R₅、R₆、R₇、R₈相同或不同，选自具有2～20个碳原子的羟烷基。

进一步地，上述第一类反应物结构式(Ⅰ)中，R₁为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基或辛基；和/或，

上述第二类反应物结构式(Ⅱ)中，R₂为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基或羟辛基；

上述第二类反应物结构式(Ⅱ)中，R₃为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基或辛基；和/或，

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₄为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基或辛基；

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₅为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基；

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₆为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基；

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₇为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基；

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₈为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基。

更进一步地，上述第一类反应物为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和乙二胺四乙酸中的一种或至少两种的组合；

上述第二类反应物为N-乙基乙二胺和/或羟乙基乙二胺；

上述第三类反应物为乙二胺四乙醇、乙二胺四异丙醇和四羟丙基乙二胺中的一种或至少两种的组合。

进一步地，上述合成碱的制备方法，包括以下步骤：首先，将第一类反应物和第二类反应物加入球磨罐中混合均匀，随后加入研磨球，球磨反应2～5小时；然后，在反应后得到的浆料中加入第三类反应物，继续球磨反应2～5小时，即得到合成碱。

更进一步地，上述研磨球为直径8～12mm的氧化锆球，优选为10mm的氧化锆球。

进一步的，上述研磨球的质量为第一类反应物、第二类反应物和第三类反应物总质量的1～3倍。

本发明提供的A向蓝宝石抛光液，按质量百分比计，包括如下组分：上述的合成碱1％～5％、硅溶胶75％～95％、表面活性剂1％～5％、强碱1％～5％、无机盐1％～5％和去离子水1％～5％。

进一步地，上述表面活性剂主要由渗透剂、消泡剂、络合剂和润湿剂混合组成，

优选地，上述渗透剂为OE、AEP、OEP及SF中的一种或至少两种的组合；

优选地，上述消泡剂为FAG和/或GP；

优选地，上述络合剂为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和乙二胺四乙酸中的一种或至少两种的组合；

优选地，上述润湿剂为PEG-200、PEG-400、PEG-600、PPG-1000、PPG-200和PPG-4000中的一种或至少两种的组合。

进一步地，上述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水的一种；和/或，

上述无机盐为氯化钾、氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或至少两种的组合；和/或，

上述硅溶胶粒径为70～90nm，固含量为30％～50％。

进一步地，上述A向蓝宝石抛光液的制备方法，包括以下步骤：首先将硅溶胶与抛光助剂混合均匀，然后依次缓慢加入上述的合成碱以及强碱和无机盐，制得A向蓝宝石抛光液；

优选地，

(1)将硅溶胶倾入容器中，在转速为60～120rpm的搅拌条件下加入表面活性剂，搅拌均匀；

(2)在搅拌条件下，以0.5～2.0L/min的流速，向步骤(1)得到的浆料中缓慢呈细流状地加入上述的合成碱；

(3)将盐和强碱溶于去离子水中，在搅拌条件下，以0.5～2.0L/min的流速，缓慢呈细流状地加入步骤(2)得到的浆料中，制得A向蓝宝石抛光液。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)、本发明提供的合成碱，该合成碱中含有大量的羟基，在制备成抛光液参与抛光过程的时候能够更好地持续不断地释放羟基，使得抛光液在抛光过程中能够不断释放羟基，类似于缓释胶囊的作用，抛光时使抛光液的pH值下降的非常缓慢，从而保持抛光液的pH的稳定，克服了现有技术中，随着抛光的进行抛光液的pH值逐级下降，抛光液对蓝宝石晶片的化学作用将减弱，抛光效率降低的问题，同时，也解决了现有技术在抛光过程中不断在抛光液中加入pH调节剂，致使pH值太高，SiO₂胶粒将转化为可溶性水液，起不到研磨作用的问题。

(2)、本发明提供的合成碱的制备方法，该方法操作简单，制备过程中不需加热反应，其利用球磨过程中产生的热量，使第一类反应物与第二类反应物进行球磨反应，生成的中间物再与第三类反应物反应，从而制得含有羟基数量较多的合成碱。该合成碱在制备成抛光液参与抛光过程的时候能够更好地持续不断地释放羟基，从而保持抛光液的pH的稳定，最终保证抛光速率和抛光表面的稳定，进而提高抛光速率。

(3)、本发明提供的A向蓝宝石抛光液中加入了表面活性剂，上述表面活性剂，具有表面分散、耐碱、润湿和消泡特性，由于蓝宝石晶片并不是平整的，会有一些高低不平整的地方，表面活性剂可以把低的位置保护起来，不会被进一步腐蚀，待高处抛光到与低处相同位置时再一起同时被抛光，最终使晶片表面的Ra值很小，解决了传统的CMP抛光液在抛光晶片时，高的地方会被慢慢抛平，但较低的位置会进一步腐蚀，最后导致表面的Ra值偏大，造成晶片表面粗糙度高的问题。

(4)、本发明提供的A向蓝宝石抛光液中加入了合成碱、强碱和无机盐，三种物质与表面活性剂起到协同作用，能够使A向蓝宝石晶片表面快速升温，8min左右即可升温到40℃，使得蓝宝石晶片边缘的抛光速率和晶片中间的抛光速率一致，最终可以使抛光速率大大提高，A向蓝宝石晶片表面厚度TTV值也基本保持一致。

(5)本发明提供的由合成碱、硅溶胶、表面活性剂、强碱、无机盐和去离子水组成的A向蓝宝石抛光液应用于A向蓝宝石抛光过程中，其去除速率为5-6μ/h，表面粗糙度Ra为0.08nm-0.15nm，A向蓝宝石晶片表面厚度变化量TTV值为0-3μ，整体良率达到90％以上，其抛光效果明显高于其他蓝宝石抛光液，因此，该A向蓝宝石抛光液具有高速率、低Ra值、低TTV值、高良率以及高性价比等优点。

(6)、本发明提供的A向蓝宝石抛光液的配制方法，该方法通过先向硅溶胶中加入表面活性剂，然后再按顺序加入合成碱、强碱和无机盐，这样有助于表面活性剂一部分与水互溶，一部分会在硅溶胶颗粒表面形成一层保护膜，使硅溶胶颗粒在强碱环境下能够均一稳定，不会因为pH值的改变，从而改变硅溶胶颗粒的粒径大小，从而降低抛光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例2提供的乙二胺四乙酸二钠的核磁图谱碳谱图；

图2为本发明实施例2提供的羟乙基乙二胺的核磁图谱碳谱图；

图3为本发明实施例2提供的乙二胺四乙醇的核磁图谱碳谱图；

图4为本发明实施例2提供的乙二胺四乙醇的核磁图谱氢谱图；

图5为本发明实施例2提供的合成碱的核磁图谱碳谱图；

图6为本发明实施例2提供的合成碱的核磁图谱氢谱图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，提供了一种合成碱，按质量份数计，主要由如下原料制备得到：第一类反应物1～5份、第二类反应物3～30份和第三类反应物3～30份，

其中，上述第一类反应物为具有如式(Ⅰ)所示结构的化合物及其金属盐：

式(Ⅰ)中，R₁选自烷基，上述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；

上述金属盐为钠盐、镁盐、铜盐、铅盐、锌盐或铁盐；

上述第二类反应物为具有如式(Ⅱ)所示结构的化合物：

式(Ⅱ)中，R₂选自烷基、羟烷基、环烷基、芳烷基、未取代或取代芳基或未取代或取代杂芳基，

上述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；上述羟烷基是指具有2～20个碳原子的羟烷基；上述环烷基为具有3～20个碳原子的环烷基；上述取代烷基为卤素取代的1～20个碳原子的烷基、羟基取代的1～20个碳原子的烷基、氰基取代的1～20个碳原子的烷基、硝基取代的1～20个碳原子的烷基或者氨基取代的1～20个碳原子的烷基；上述芳烷基为芳基取代的1～20个碳原子的烷基；

式(Ⅱ)中，R₃选自烷基，上述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；

上述第三类反应物为具有如式(Ⅲ)所示结构的化合物：

式(Ⅲ)中，R₄选自烷基，上述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；

式(Ⅲ)中，R₅、R₆、R₇、R₈相同或不同，选自具有2～20个碳原子的羟烷基。

本发明中，上述第一类反应物典型但非限制性的含量为：1份、2份、3份、4份或5份。

本发明中，上述第二类反应物典型但非限制性的含量为：3份、5份、10份、15份、20份、25份或30份。

本发明中，上述第三类反应物典型但非限制性的含量为：3份、5份、10份、15份、20份、25份或30份。

在本发明的一种优选实施方式中，上述第一类反应物结构式(Ⅰ)中，R₁为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基或辛基；和/或，

上述第二类反应物结构式(Ⅱ)中，R₂为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基或羟辛基；

上述第二类反应物结构式(Ⅱ)中，R₃为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基或辛基；和/或，

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₄为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基或辛基；

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₅为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基；

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₆为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基；

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₇为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基；

上述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₈为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基。

在上述优选实施方式中，上述第一类反应物为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和乙二胺四乙酸中的一种或至少两种的组合；

上述第二类反应物为N-乙基乙二胺和/或羟乙基乙二胺；

上述第三类反应物为乙二胺四乙醇、乙二胺四异丙醇和四羟丙基乙二胺中的一种或至少两种的组合。

在本发明的一种优选实施方式中，上述合成碱的制备方法，包括以下步骤：首先，将第一类反应物和第二类反应物加入球磨罐中混合均匀，随后加入研磨球，球磨反应2～5小时；然后，在反应后得到的浆料中加入第三类反应物，继续球磨反应2～5小时，即得到合成碱。

在上述优选实施方式中，第一类反应物在常温下为固态粉末，将第一类反应物和第二类反应物加入球磨罐中进行球磨反应2～5小时，在球磨的作用下，产生一定的热量，使第一类反应物遇热溶解，进而更好的与第二类反应物进行混合反应。

在上述优选实施方式中，上述研磨球为直径8～12mm的氧化锆球。

在上述优选实施方式中，上述氧化锆球的直径为10mm。

在上述优选实施方式中的氧化锆球，又称氧化锆陶瓷球，在常温下具有高的强度和高韧性、耐磨性好、耐高温耐腐蚀、刚度高、不导磁、电绝缘的优点，与现有的研磨球相比具有介质磨耗、电耗、人工、设备等综合成本低的特点，产品质量大幅度提高。

在上述优选实施方式中，上述研磨球的质量为第一类反应物、第二类反应物和第三类反应物总质量的1～3倍。

优选地，球磨罐中加入研磨氧化锆球的高度为反应物高度的一半。

根据本发明的一个方面，提供了一种A向蓝宝石抛光液，按质量百分比计，包括如下组分：上述的合成碱1％～5％、硅溶胶75％～95％、表面活性剂1％～5％、强碱1％～5％、无机盐1％～5％和去离子水余量。

本发明中，上述合成碱典型但非限制性的含量为：1％、2％、3％、4％或5％。

本发明中，上述硅溶胶典型但非限制性的含量为：75％、80％、85％、90％或95％。

本发明中，上述表面活性剂典型但非限制性的含量为：1％、2％、3％、4％或5％。

本发明中，上述强碱典型但非限制性的含量为：1％、2％、3％、4％或5％。

本发明中，上述无机盐典型但非限制性的含量为：1％、2％、3％、4％或5％。

本发明中，上述去离子水为余量，即抛光液不足100％的部分可以全部为水。

上述硅溶胶作为主磨料，配合抛光机械对A向蓝宝石进行摩擦抛光。合成碱、表面活性剂、强碱和无机盐等抛光助剂本身不与蓝宝石进行研磨，但它们在抛光过程中可以起到很好的催化作用。

上述表面活性剂具有表面分散、耐碱、润湿和消泡等特性，由于蓝宝石晶片并不是平整的，会有一些高低不平整的地方，表面活性剂可以把低的位置保护起来，不会被进一步腐蚀，待高处抛光到与低处相同位置时再一起同时被抛光，最终使晶片表面的Ra值降低；同时，表面活性剂还具有一定的润湿功能，能有效地促进抛光液中各有效成分的溶解，并且在加工过程中起到抑制抛光液结晶的作用；此外，表面活性剂还有一定的消泡作用，可防止抛光材料表面玷污或吸附，使抛光液均匀稳定。

上述合成碱含有大量的羟基，可以使得抛光液在抛光过程中能够不断释放羟基，类似于缓释胶囊的作用，抛光时使抛光液的pH值下降的非常缓慢，本发明中合成碱可以在抛光过程中稳定抛光液的pH值，保证持续的抛光速率，增加循环性能，从而提高抛光效率。

上述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水的一种，上述氢氧化钾、氢氧化钠和氨水作为强碱，能够快速地与待加工A向蓝宝石进行反应，使蓝宝石晶片中的铝离子处于一种比较活跃的状态，起到增强化学作用的目的。

上述无机盐为氯化钾、氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或几种，上述无机盐的加入可以使抛光液颗粒之间的电位保持稳定，使其不易团聚，使抛光液的溶液体系保持稳定。

上述合成碱、表面活性剂、强碱和无机盐，四种物质的协同作用，起到类似催化剂的作用，其含有的大量羟基可以使蓝宝石晶片中单晶形式的氧化铝(Al₂O₃)的铝离子处于一种比较活跃的状态，形成可以溶解的络合物，在抛光机的机械作用下，随着抛光液的流动，脱离蓝宝石表面，快速消除蓝宝石晶片表面的毛刺、粗糙部位，从而提高抛光速率，同时，四种物质的协同作用，使得抛光液在抛光过程中能够不断释放羟基，类似于缓释胶囊的作用，抛光时使抛光液的pH值下降的非常缓慢，最终能大幅度提高抛光速率；

此外，现有技术在抛光蓝宝石晶片时，晶片边缘的去除速率大于晶片中心的去除速率，最后就可能会引起TTV值过大，本发明表面活性剂具有非常好的润湿性和消泡性，抛光时使得A向蓝宝石的表面张力更小，同时含有起表面分散作用的渗透剂，使抛光液具有很好的流动性，研磨料可以快速的到达晶片的中心区域，本发明中的表面活性剂与合成碱、强碱和无机盐盐，几种物质协同作用，可使晶片的中心区域化学反应速度加快，能够使蓝宝石晶片中心的温度明显升高，去除速率也就有所提高，最后是抛光完后晶片边缘和中心的厚度趋近一致，晶片最后的TTV值也就较小。

在本发明的一种优选实施方式中，上述表面活性剂主要由渗透剂、消泡剂、络合剂和润湿剂混合组成，其中，

在上述优选实施方式中，所述渗透剂为OE、AEP、OEP及SF中的一种或至少两种的组合；

上述渗透剂在抛光过程中起表面分散的渗透作用，分为非离子和阴离子两类，上述渗透剂具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。

上述OE为脂肪醇和环氧乙烷的缩合物，是一种非离子表面活性剂，脂肪醇和环氧乙烷的缩合物作为一种非离子表面活性剂在溶液中不是以离子状态存在，所以它的稳定性高，不易受强电解质存在的影响，也不易受酸、碱的影响，与其他类型表面活性剂能混合使用，相容性好，在各种溶剂中均有良好的溶解性，在固体表面上不发生强烈吸附。

上述AEP为耐碱渗透剂，属阴离子型表面活性剂。AEP作为表面活性剂具有极佳的抗浓碱、耐高温、耐氧化剂、耐还原剂和耐硬水性，在强碱条件下具有卓越的渗透、乳化、脱脂、净洗、分散和抗静电能力。

上述OEP同样为耐碱性渗透剂，功能与AEP相同。

上述SF为脂肪醇聚氧烷基醚，为一种低泡渗透剂，具有良好的渗透、乳化和净洗性能，且泡沫低。

在上述优选实施方式中，所述消泡剂为FAG和/或GP；

上述FAG为有机硅复配乳液是一种水包油型的硅油、水和表面活性剂等组成的乳液。上述FAG作为消泡剂易分散在水体系中，可广泛用作水相体系的消泡剂。使用时，将乳液直接加入起泡体系中，即可获得良好的消泡效果。

上述GP为甘油聚氧丙烯醚，其在本发明中作为消泡剂具有消除泡沫的作用，并有抑制泡沫再产生的效能。

在上述优选实施方式中，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和乙二胺四乙酸中的一种或至少两种的组合；

上述乙二胺四乙酸，又名EDTA，在抛光过程中乙二胺四乙酸及其钠盐作为一种络合剂可与蓝宝石晶片中单晶形式的氧化铝(Al₂O₃)中的铝离子形成可以溶解的络合物，在抛光机的机械作用下，随着抛光液的流动，脱离蓝宝石表面，快速消除蓝宝石晶片表面的毛刺、粗糙部位，从而提高抛光速率。

在上述优选实施方式中，所述润湿剂为PEG-200、PEG-400、PEG-600、PPG-1000、PPG-200和PPG-4000中的一种或至少两种的组合。

上述PEG为聚乙二醇，聚乙二醇系列溶剂具有优良的润滑性、保湿性和分散性，应用于本发明抛光液中可以起到润湿和表面分散的作用。

在上述优选实施方式中，上述表面活性剂，具有表面分散、耐碱、润湿和消泡等特性，由于蓝宝石晶片并不是平整的，会有一些高低不平整的地方，表面活性剂可以把低的位置保护起来，不会被进一步腐蚀，待高处抛光到与低处相同位置时再一起同时被抛光，最终降低晶片表面的Ra值。

在本发明的一种优选实施方式中，上述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水的一种。

在上述优选实施方式中，上述氢氧化钾、氢氧化钠和氨水作为强碱，能够快速地与待加工A向蓝宝石进行反应，使蓝宝石晶片中的铝离子处于一种比较活跃的状态，起到增强化学作用的目的。

在本发明的一种优选实施方式中，上述无机盐为氯化钾、氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或几种。

在上述优选实施方式中，上述无机盐的加入可以使抛光液颗粒之间的电位保持稳定，保证Zata电位的绝对值大于50mV，使颗粒之间不易团聚，使抛光液的溶液体系保持稳定。

在本发明的一种优选实施方式中，上述硅溶胶粒径为70～90nm，固含量为30％～50％。

在上述优选实施方式中，较大的硅溶胶颗粒粒径能增大其对晶片的研磨作用，提高抛光效率。

根据本发明的一个方面，上述A向蓝宝石抛光液的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将硅溶胶倾入容器中搅拌，在转速为60～120rpm的搅拌条件下加入表面活性剂，搅拌均匀；

步骤(2)、在搅拌条件下，以0.5～2.0L/min的流速，向步骤(1)中所述的浆料中缓慢呈细流状地加入合成碱；

步骤(3)、将盐和碱溶于去离子水中，在搅拌条件下，以0.5～2.0L/min的流速，缓慢呈细流状地加入步骤(2)所述浆料中，制得A向蓝宝石抛光液。

在本发明的一种优选实施方式中，上述制备方法通过先向硅溶胶中加入表面活性剂，然后再按顺序加入合成碱以及强碱和无机盐，这样有助于表面活性剂一部分与水互溶，一部分会在硅溶胶颗粒表面形成一层保护膜，使硅溶胶颗粒在强碱环境下能够均一稳定，不会因为pH值的改变，从而改变硅溶胶颗粒的粒径大小，从而降低抛光效率。

本发明合成碱的配制与制备：

实施例1中上述合成碱的制备方法为：首先，将第一类反应物加入球磨罐中，随后加入第二类反应物，混合均匀；然后，在上述搅拌均匀的浆料中加入研磨球，球磨反应2小时；最后，在上述球磨反应后的浆料中再加入第三类反应物，继续球磨反应2小时，即得到合成碱。

实施例2中上述合成碱的制备方法为：首先，将第一类反应物加入球磨罐中，随后加入第二类反应物，混合均匀；然后，在上述搅拌均匀的浆料中加入研磨球，球磨反应5小时；最后，在上述球磨反应后的浆料中再加入第三类反应物，继续球磨反应5小时，即得到合成碱。

实施例3中上述合成碱的制备方法为：首先，将第一类反应物加入球磨罐中，随后加入第二类反应物，混合均匀；然后，在上述搅拌均匀的浆料中加入研磨球，球磨反应4小时；最后，在上述球磨反应后的浆料中再加入第三类反应物，继续球磨反应4小时，即得到合成碱。

实施例4中上述合成碱的制备方法为：首先，将第一类反应物加入球磨罐中，随后加入第二类反应物，混合均匀；然后，在上述搅拌均匀的浆料中加入研磨球，球磨反应3小时；最后，在上述球磨反应后的浆料中再加入第三类反应物，继续球磨反应3小时，即得到合成碱。

其中合成碱实施例1～4的具体配比见表1。

表1：实施例1～4中各组分配比

将上述实施例2中所使用的原料以及制备得到的合成碱进行核磁图谱检测，得到结果如下：

本发明实施例2中，第一类反应物乙二胺四乙酸二钠的核磁图谱碳谱图，图1中显示除去39.35～39.98的DMSO溶剂峰后，ppm峰值为40.19，40.39，40.60，证明该化合物为乙二胺四乙酸二钠。

本发明实施例2中，第二类反应物羟乙基乙二胺的核磁图谱碳谱图，图2中显示除去39.04～39.88的DMSO溶剂峰后，ppm峰值为40.04，41.52，51.85，52.39，60.39，证明该化合物为羟乙基乙二胺。

本发明实施例2中，第三类反应物乙二胺四乙醇的核磁图谱碳谱图，图3中显示除去39.28～40.29的DMSO溶剂峰后，ppm峰值为53.18～54.05，57.21～57.47，59.52～60.54，证明该化合物为乙二胺四乙醇。

本发明实施例2中，第三类反应物乙二胺四乙醇的核磁图谱氢谱图，如图4所示。图4中显示除去2.53～2.56的DMSO溶剂峰和4.42的HDO溶剂峰后，ppm峰值为2.5～2.51，3.40～3.48，证明该化合物为乙二胺四乙醇。

本发明实施例2中，制备得到的合成碱的核磁图谱碳谱图，如图5所示，制备得到的合成碱的核磁图谱氢谱图，如图6所示。由核磁谱图可以得知，在该合成碱核磁图谱的碳谱图和氢谱图中上述三种多羟基原料化合物的相应的ppm峰值均有大量出现，可确定本发明合成碱是一个含有大量羟基的化合物，因此可知本发明制备的合成碱含有大量的羟基，在制备成抛光液参与抛光过程的时候能够更好地持续不断地释放羟基，使得抛光液在抛光过程中能够不断释放羟基，类似于缓释胶囊的作用，抛光时使抛光液的pH值下降的非常缓慢，从而保持抛光液的pH的稳定，克服了现有技术中，随着抛光的进行抛光液的pH值逐级下降，抛光液对蓝宝石晶片的化学作用将减弱，抛光效率降低的问题。

本发明A向蓝宝石抛光液的配制与制备：

将上述制得的合成碱应用于A向蓝宝石抛光液的制备，所述A向蓝宝石抛光液实施例5～9的具体配比见表2。

表2：实施例5～9中各组分配比

实施例10

一种A向蓝宝石抛光液的制备方法，以实施例5中的配比进行制备，具体包括以下步骤：

(1)将硅溶胶倾入容器中搅拌，在转速为60rpm的搅拌条件下加入表面活性剂，搅拌均匀；

(2)在搅拌条件下，以0.5L/min的流速，向步骤(1)中所述的浆料中缓慢呈细流状地加入实施例1制备的合成碱；

(3)将氯化钠和氢氧化钾溶于去离子水中，在搅拌条件下，以0.5L/min的流速，缓慢呈细流状地加入步骤(2)所述浆料中，制得A向蓝宝石抛光液。

实施例11

一种A向蓝宝石抛光液的制备方法，以实施例6中的配比进行制备，具体包括以下步骤：

(1)将硅溶胶倾入容器中搅拌，在转速为120rpm的搅拌条件下加入表面活性剂，搅拌均匀；

(2)在搅拌条件下，以2.0L/min的流速，向步骤(1)中所述的浆料中缓慢呈细流状地加入实施例2制备的合成碱；

(3)将氯化钠和氢氧化钠溶于去离子水中，在搅拌条件下，以2.0L/min的流速，缓慢呈细流状地加入步骤(2)所述浆料中，制得A向蓝宝石抛光液。

实施例12

一种A向蓝宝石抛光液的制备方法，以实施例7中的配比进行制备，具体包括以下步骤：

(1)将硅溶胶倾入容器中搅拌，在转速为70rpm的搅拌条件下加入表面活性剂，搅拌均匀；

(2)在搅拌条件下，以0.8L/min的流速，向步骤(1)中所述的浆料中缓慢呈细流状地加入实施例3制备的合成碱；

(3)将碳酸钠和氢氧化钠溶于去离子水中，在搅拌条件下，以0.8L/min的流速，缓慢呈细流状地加入步骤(2)所述浆料中，制得A向蓝宝石抛光液。

实施例13

一种A向蓝宝石抛光液的制备方法，以实施例8中的配比进行制备，具体包括以下步骤：

(1)将硅溶胶倾入容器中搅拌，在转速为110rpm的搅拌条件下加入表面活性剂，搅拌均匀；

(2)在搅拌条件下，以1.5L/min的流速，向步骤(1)中所述的浆料中缓慢呈细流状地加入实施例4制备的合成碱；

(3)将碳酸钾和氢氧化钾溶于去离子水中，在搅拌条件下，以1.5L/min的流速，缓慢呈细流状地加入步骤(2)所述浆料中，制得A向蓝宝石抛光液。

实施例14

一种A向蓝宝石抛光液的制备方法，以实施例9中的配比进行制备，具体包括以下步骤：

(1)将硅溶胶倾入容器中搅拌，在转速为100rpm的搅拌条件下加入表面活性剂，搅拌均匀；

(2)在搅拌条件下，以1.0L/min的流速，向步骤(1)中所述的浆料中缓慢呈细流状地加入是实施例2制备的合成碱；

(3)将氨水和氢氧化钠溶于去离子水中，在搅拌条件下，以1.0L/min的流速，缓慢呈细流状地加入步骤(2)所述浆料中，制得A向蓝宝石抛光液。

对比例1

一种A向蓝宝石抛光液，按质量百分比计，包括如下组分：粒径为85nm，固含量为40％的硅溶胶95％、表面活性剂1％、氢氧化钾1％、碳酸钾1％、去离子水余量。

将上述配比按实施例14的制备方法进行制备，制得A向蓝宝石抛光液。

对比例2

一种A向蓝宝石抛光液，按质量百分比计，包括如下组分：粒径为80nm，固含量为40％的硅溶胶硅溶胶95％、壬基酚聚氧乙烯醚0.02％、聚乙二醇600和聚乙二醇4000.04％、乙二胺四乙酸二钠0.05％、双氧水和亚硝酸钠0.02％、四甲基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵0.01％、去离子水余量。

将上述配比按实施例14的制备方法进行制备，制得A向蓝宝石抛光液。

效果例1

对本发明实施例10～14和对比例1-2制备的A向蓝宝石抛光液进行效果实验，实验过程的抛光条件如下：

被抛光的晶片：A向蓝宝石晶片

被抛光晶片片数：100pcs

抛光垫：聚氨酯

抛光压力：160kg

下盘抛光转速：40rpm

抛光时间：120min

抛光后，对抛光蓝宝石晶片进行超声波清洗、干燥，然后测量晶片的厚度。用测厚仪测量蓝宝石晶片的厚度差来计算去除速率；用粗糙度仪对被抛光晶片进行测量，求平均值得到晶片表面粗糙度；通过千分表对晶片的中心点和上下左右五个点对TTV值进行测量，最大值减去最小值为TTV值。

以上实施例和对比例所得到的实验数据如下表3所示。(以下数据均为100片的平均值)

表3：

经过上述效果对比可知，上述对比例1中不含有本发明的合成碱，仅含有表面活性剂和氢氧化钾等强碱性pH调节剂，导致随着抛光的进行抛光液的pH值逐级下降，导致抛光速率降低，晶片整体的TTV值和整体良率均较差。

上述对比例2为现有技术中的一种A向蓝宝石抛光液，该抛光液中壬基酚聚氧乙烯醚可以起到表面活性剂的作用；聚乙二醇600和聚乙二醇400起到一定的润湿作用；EDTA二钠作为络合剂起到络合作用；双氧水和亚硝酸钠作为氧化剂用于氧化蓝宝石晶体的的表层；四甲基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵作为pH调节剂，调节抛光液的pH。

但其存在较多的缺点，其效果明显差于本发明的实施例的效果。

首先，单一的EDTA二钠作为络合剂起到络合作用不强，且随着抛光的进行抛光液的pH值逐级下降，导致抛光速率降低；其次，双氧水和亚硝酸钠作为强氧化剂，很容易导致抛光液pH值过高，硅溶胶转化为可溶性水液，起不到研磨作用；同时，壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇600和聚乙二醇400只能起到活性分散和润滑的作用，起不到消泡和稳定电位的作用，实际应用中易导致Zeta电位过低，溶液倾向于凝结或凝聚，造成抛光液浑浊；再有，四甲基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵作为pH调节剂没有本发明合成碱的缓释效果，且其价格远高于本发明合成碱所使用的反应物的价格。

此外，上述抛光液不具有本发明实施例中能够使晶片中心的温度升高的功能，因此，其抛光后的蓝宝石晶片边缘的去除速率大于晶片中心的去除速率，导致TTV值过大，抛光效果较差。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种合成碱，其特征在于，按质量份数计，主要由如下原料制备得到：第一类反应物1～5份、第二类反应物3～30份和第三类反应物3～30份，

其中，所述第一类反应物为具有如式(Ⅰ)所示结构的化合物及其金属盐：

式(Ⅰ)中，R₁选自烷基，所述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；

所述金属盐为钠盐、镁盐、铜盐、铅盐、锌盐或铁盐；

所述第二类反应物为具有如式(Ⅱ)所示结构的化合物：

式(Ⅱ)中，R₂选自烷基、羟烷基、环烷基、芳烷基、未取代或取代芳基或未取代或取代杂芳基，

所述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；所述羟烷基是指具有2～20个碳原子的羟烷基；所述环烷基为具有3～20个碳原子的环烷基；所述取代烷基为卤素取代的1～20个碳原子的烷基、羟基取代的1～20个碳原子的烷基、氰基取代的1～20个碳原子的烷基、硝基取代的1～20个碳原子的烷基或者氨基取代的1～20个碳原子的烷基；所述芳烷基为芳基取代的1～20个碳原子的烷基；

式(Ⅱ)中，R₃选自烷基，所述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；

所述第三类反应物为具有如式(Ⅲ)所示结构的化合物：

式(Ⅲ)中，R₄选自烷基，所述烷基是指具有1～8个碳原子的取代或未取代的直链或支链烷基；

式(Ⅲ)中，R₅、R₆、R₇、R₈相同或不同，选自具有2～20个碳原子的羟烷基。

2.如权利要求1所述的合成碱，其特征在于：

所述第一类反应物结构式(Ⅰ)中，R₁为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基或辛基；和/或，

所述第二类反应物结构式(Ⅱ)中，R₂为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基或羟辛基；

所述第二类反应物结构式(Ⅱ)中，R₃为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基或辛基；和/或，

所述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₄为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基或辛基；

所述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₅为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基；

所述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₆为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基；

所述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₇为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基；

所述第三类反应物结构式(Ⅲ)中，R₈为羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟异丙基、羟丁基、羟异丁基、羟叔丁基、羟仲丁基、羟戊基、羟新戊基、羟己基、羟庚基和羟辛基。

3.如权利要求1或2所述的合成碱，其特征在于：

所述第一类反应物为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和乙二胺四乙酸中的一种或至少两种的组合；

所述第二类反应物为N-乙基乙二胺和/或羟乙基乙二胺；

所述第三类反应物为乙二胺四乙醇、乙二胺四异丙醇和四羟丙基乙二胺中的一种或至少两种的组合。

4.如权利要求1～3中任一项所述合成碱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将第一类反应物和第二类反应物加入球磨罐中混合均匀，随后加入研磨球，球磨反应2～5小时；然后，在反应后得到的浆料中加入第三类反应物，继续球磨反应2～5小时，即得到合成碱。

5.如权利要求4所述的合成碱的制备方法，其特征在于，所述研磨球为直径8～12mm的氧化锆球，优选为10mm的氧化锆球。

6.如权利要求4所述的合成碱的制备方法，其特征在于，所述研磨球的质量为第一类反应物、第二类反应物和第三类反应物总质量的1～3倍。

7.一种A向蓝宝石抛光液，其特征在于，按质量百分比计，主要由如下组分制备得到：权利要求1～3任一项所述的合成碱1％～5％、硅溶胶75％～95％、表面活性剂1％～5％、强碱1％～5％、无机盐1％～5％和去离子水余量。

8.如权利要求7所述的A向蓝宝石抛光液，其特征在于，所述表面活性剂主要由渗透剂、消泡剂、络合剂和润湿剂混合组成，

优选地，所述渗透剂为OE、AEP、OEP及SF中的一种或至少两种的组合；

优选地，所述消泡剂为FAG和/或GP；

优选地，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠和乙二胺四乙酸中的一种或至少两种的组合；

优选地，所述润湿剂为PEG-200、PEG-400、PEG-600、PPG-1000、PPG-200和PPG-4000中的一种或至少两种的组合。

9.如权利要求7所述的A向蓝宝石抛光液，其特征在于，所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水的一种；和/或，

所述无机盐为氯化钾、氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或至少两种的组合；和/或，

所述硅溶胶粒径为70～90nm，固含量为30％～50％。

10.一种如权利要求7～9任一项所述的A向蓝宝石抛光液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将硅溶胶与表面活性剂混合均匀，然后依次缓慢加入权利要求1～3任一项所述的合成碱以及强碱和无机盐，制得A向蓝宝石抛光液；

优选地，

(1)将硅溶胶倾入容器中，在转速为60～120rpm的搅拌条件下加入表面活性剂，搅拌均匀；

(2)在搅拌条件下，以0.5～2.0L/min的流速，向步骤(1)得到的浆料中缓慢呈细流状地加入权利要求1～3任一项所述的合成碱；

(3)将盐和强碱溶于去离子水中，在搅拌条件下，以0.5～2.0L/min的流速，缓慢呈细流状地加入步骤(2)得到的浆料中，制得A向蓝宝石抛光液。