CN107922786B - 浆料组合物和使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于化学‑机械抛光蓝宝石基底的浆料组合物，并且其包含碱性pH调节剂和促进剂。
Description
发明领域
本发明涉及一种用于化学-机械抛光蓝宝石基底的浆料组合物，和使用该浆料组合物的方法。
相关领域说明
本发明所述的蓝宝石基底是由具有非常高的纯度水平的单晶氧化铝制成的，并且应用于智能手机和平板电脑上的LED照明和防护玻璃。用于化学-机械抛光蓝宝石基底的多种浆料组合物是本领域已知的。这种现有技术的浆料组合物通常由分散在去离子水和/或其他液体中的磨粒组成。常规使用的磨粒包括例如二氧化硅和氧化铝。二氧化硅是抛光具有高表面品质的蓝宝石基底最常用的磨料。另一方面，与二氧化硅相比，氧化铝基浆料产生了明显更高的去除率，但是具有较低的表面品质。
随着工业上持续寻求改进生产能力以变得更加成本有效，使用前述磨料增加去除率，同时实现高的表面品质变得非常令人期望。
发明内容
本发明提供一种提高蓝宝石晶片的抛光速率的方法。该方法包括将碱性氧化铝浆料和包含阳离子有机化合物的抛光促进剂一起使用。本发明提供一种含水抛光浆料组合物，其包含去离子水、氧化铝颗粒、强碱性pH调节剂和加速蓝宝石基底的抛光速率的试剂。碱性pH调节剂可以是氢氧化物，例如以下的任一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化铯。还可以想到前述物质的组合。加速蓝宝石基底的去除速率的试剂是阳离子有机化合物。阳离子化合物包含与四个有机基侧基连接的具有正电荷的中心原子。中心原子的非限制性实例包括氮(铵)和磷(鏻)。对于所述化合物的分子量没有限制。所述化合物可以本质上是聚合物或者低聚物，或者包括低分子量物质。所述化合物可以包括一个阳离子位点或者多个位点，并且没有限制。对于侧基的长度或者结构没有限制。带正电荷的(阳离子)中心原子是用带负电荷的阴离子平衡的。对于带负电荷的阴离子没有限制。典型的但非限制性的阴离子包括氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根、硫酸根和磷酸根。
本发明的浆料组合物可以用于以高的去除率来抛光蓝宝石。本发明还提供一种使用浆料组合物来抛光蓝宝石基底的方法。
本发明的前述和其他特征在下文中更充分地描述，并且特别是在权利要求中指出，下面的说明详细阐述了本发明的某些示例性实施方案，然而，这些实施方案仅表示其中可采用本发明的原理的几种不同的方式。
具体实施方式
本发明提供一种提高蓝宝石晶片的抛光速率的方法。该方法包括将碱性氧化铝浆料和包含阳离子有机化合物的抛光促进剂一起使用。本发明提供一种含水抛光浆料组合物，其包含去离子水、氧化铝颗粒、强碱性pH调节剂和加速蓝宝石基底的抛光速率的试剂。碱性pH调节剂可以是氢氧化物，例如以下的任一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化铯。加速蓝宝石基底的去除率的试剂是阳离子有机化合物。阳离子化合物包含与四个有机基侧基连接的具有正电荷的中心原子。非限制性的中心原子包括氮(铵)和磷(鏻)。对于所述化合物的分子量没有限制。所述化合物可以本质上是聚合物或者低聚物，并且还可以想到低分子量物质。所述化合物可以包括一个阳离子位点或者多个位点，并且没有限制。对于侧基的长度或者结构没有限制。带正电荷的(阳离子)中心原子是用带负电荷的阴离子平衡的。对于带负电荷的阴离子没有限制。典型的阴离子包括但不限于氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根、硫酸根、磷酸根及其组合。在下文分别讨论浆料组合物的每种组分。
氧化铝颗粒
浆料组合物优选包含约1％至约30％重量、更优选约4％至约7％重量的氧化铝颗粒。
氧化铝颗粒可以包含不同的晶相，其包括α晶相、γ晶相、δ晶相、θ晶相和它们的组合。对于蓝宝石抛光，含有至少70％、优选至少80％和更优选至少90％的α晶相的氧化铝颗粒是优选的，这归因于它的高的抛光速率。
用于本发明的浆料组合物中的氧化铝颗粒优选的平均粒度(D50)是约0.02μm至约7.0μm。更优选地，氧化铝颗粒的平均粒度(D50)是约0.10μm至约4.0μm。
碱性pH调节剂
本发明中优选的碱性pH调节剂是由选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化铯中的一种或多种组成的。其他pH调节剂也是可接受的，只要可将浆料的pH有效调节至10.5-13.0、优选12-12.5即可。有效的强碱性pH调节剂是优选的，目的是将浆料的pH值调节至约10.5至约13以改进抛光性能。
抛光促进剂
浆料组合物优选包含约0.1至约30％、优选约0.5至约25％重量的一种或多种促进剂，基于浆料组合物中存在的总固体计。更优选地，浆料组合物优选包含约1％至约15％重量的一种或多种促进剂，基于浆料组合物中存在的总固体计。
在本发明中，用于提高抛光速率的合适的促进剂是阳离子有机化合物。阳离子化合物由与四个有机基侧基连接的具有正电荷的中心原子组成。中心原子的非限制性实例包括氮和磷。对于所述化合物的分子量没有限制。所述化合物可以本质上是聚合物或者低聚物，或者包括低分子量物质。所述化合物可以包括一个阳离子位点或者多个位点，并且没有限制。对于侧基的长度或者结构没有限制。带正电荷的(阳离子)中心原子是用带负电荷的阴离子平衡的。对于带负电荷的阴离子没有限制。典型的但非限制性的阴离子包括氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根、硫酸根和磷酸根。
这些阳离子化合物的实例包括但不限于四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、苯扎氯铵、聚(2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)、四甲基氯化鏻、羟乙基纤维素二甲基二烯丙基氯化铵共聚物(聚季铵盐-4)、聚(2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)、阳离子瓜尔胶，或者前述的任意组合。
本发明提供了一种当用碱性氧化铝浆料来抛光时，通过向所述浆料添加一种包含阳离子有机化合物的抛光促进剂，从而提高蓝宝石的抛光速率的方式。阳离子化合物由与四个有机基侧基连接的具有正电荷的中心原子组成。非限制性的中心原子包括氮和磷。对于所述化合物的分子量没有限制。所述化合物可以本质上是聚合物或者低聚物，或者包括低分子量物质。所述化合物可以包含一个阳离子位点或者多个位点，并且没有限制。对于侧基的长度或者结构没有限制。带正电荷的(阳离子)中心原子是用带负电荷的阴离子平衡的。对于带负电荷的阴离子没有限制。典型的但非限制性的阴离子包括氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根、硫酸根和磷酸根。
本发明的方法包括将浆料组合物引入抛光垫和蓝宝石基底之间，所述抛光垫和蓝宝石基底受压接触并相对于彼此移动，其中浆料组合物包含去离子水、氧化铝颗粒、碱性pH调节剂和一种或多种抛光促进剂，如上所述。本发明的方法可以用于使应用于智能手机和平板电脑上的LED照明和防护玻璃的蓝宝石基底平坦化。
实施例1：表1显示了使用含有7重量％的氧化铝的浆料，在存在和不存在0.5重量％的四甲基氢氧化铵的情况下，直径为2英寸的蓝宝石晶片的抛光速率。两种浆料组合物中的氧化铝颗粒的粒度D50是0.38微米。可以看出四甲基氢氧化铵的存在使得pH＝12.5的碱性氧化铝浆料的蓝宝石抛光速率显著提高了约20％。
表1.使用7重量％的氧化铝浆料抛光时，直径为2英寸的蓝宝石晶片的抛光速率。使用以50rpm上压盘速度和5psi抛光压力运行的PR Hoffman双面抛光机进行抛光。抛光垫是Suba 600凹槽垫。
实施例2：表2显示了使用含有7重量％的氧化铝的浆料，在存在和不存在0.28重量％的羟乙基纤维素二甲基二烯丙基氯化铵共聚物(聚季铵盐-4)的情况下，直径为2英寸的蓝宝石晶片的抛光速率。两种浆料组合物中的氧化铝颗粒的粒度D50是0.33微米。可以看出羟乙基纤维素二甲基二烯丙基氯化铵共聚物(聚季铵盐-4)的存在使得pH＝12.5的碱性氧化铝浆料的蓝宝石抛光速率显著提高了约18％。
表1.使用7重量％的氧化铝浆料抛光时，直径为2英寸的蓝宝石晶片的抛光速率。使用以45rpm上压盘速度和5psi抛光压力运行的PR Hoffman双面抛光机来进行抛光。抛光垫是Suba 600凹槽垫。
本发明进一步参考下面的项目来描述。
项目1.一种含水浆料组合物，其包含：
氧化铝颗粒；
碱性pH调节剂，其选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铯及其组合；和
阳离子有机抛光促进剂，其包含至少一个具有正电荷的中心原子，所述中心原子与四个有机基侧基连接，并且用带负电荷的阴离子平衡。
项目2.根据项目1所述的含水浆料组合物，其中所述中心原子是氮或者磷。
项目3.根据项目1所述的含水浆料组合物，其中所述带负电荷的阴离子选自氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根、硫酸根、磷酸根及其组合。
项目4.根据项目1所述的含水浆料组合物，其中所述阳离子有机抛光促进剂是选自以下的一种或多种：四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、苯扎氯铵、聚(2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)、四甲基氯化鏻、羟乙基纤维素二甲基二烯丙基氯化铵共聚物(聚季铵盐-4)、聚(2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)和阳离子瓜尔胶。
项目5.根据项目1所述的含水浆料组合物，其中氧化铝颗粒的平均粒度(D50)是约0.02μm至约7.0μm。
项目6.根据项目1所述的含水浆料组合物，其中碱性pH调节剂是氢氧化钾。
项目7.根据项目1-6任一项所述的含水浆料组合物，其中浆料的pH值是10至13，优选12至12.5。
项目8.一种抛光蓝宝石基底的方法，其包括当抛光垫和基底受压彼此接触并相对于彼此移动时，将含水浆料组合物引入抛光垫和基底之间，其中含水浆料组合物包含：
氧化铝颗粒；和
阳离子有机抛光促进剂，其包含至少一个具有正电荷的中心原子，所述中心原子与四个有机基侧基连接，并且用带负电荷的阴离子平衡。
项目9.项目8的方法，其中所述中心原子是氮或者磷。
项目10.项目8的方法，其中所述带负电荷的阴离子选自氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根、硫酸根和磷酸根。
项目11.项目8的方法，其中所述阳离子有机抛光促进剂选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、苯扎氯铵、聚(2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)、四甲基氯化鏻、羟乙基纤维素二甲基二烯丙基氯化铵共聚物(聚季铵盐-4)、聚(2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)和阳离子瓜尔胶，及其组合。
项目12.项目8的方法，其中氧化铝颗粒的平均粒度(D50)是约0.02μm至约7.0μm。
项目13.项目8的方法，其中浆料组合物进一步包含碱性pH调节剂，其选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化铯中的一种或多种。
项目14.项目13的方法，其中碱性pH调节剂是氢氧化钾。
项目15.项目8-14任一项的方法，其中浆料的pH值为10至13，优选12至12.5。
项目16.一种蓝宝石基底，其是通过项目1-7任一项的含水浆料组合物抛光的。
项目17.一种蓝宝石基底，其是通过项目8-15任一项的方法抛光的。
另外的优点和修改是本领域技术人员容易想到的。因此，本发明在其更宽泛的方面不限于本文所示和所述的具体细节和示例性实例。因此，在不偏离由所附权利要求及其等同物所限定的总体发明构思的主旨或者范围的情况下，可以进行各种修改。
Claims (13)
1.一种含水浆料组合物，其包含：
氧化铝颗粒；
碱性pH调节剂，其选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铯及其组合；和
阳离子有机抛光促进剂，其选自以下的一种或多种：四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵；
其中，浆料的pH值是12至13。
2.根据权利要求1所述的含水浆料组合物，其中氧化铝颗粒的平均粒度(D50)是0.02μm至7.0μm。
3.根据权利要求1所述的含水浆料组合物，其中碱性pH调节剂是氢氧化钾。
4.根据权利要求1-3任一项所述的含水浆料组合物，其中浆料的pH值是12至12.5。
5.根据权利要求1-3任一项所述的含水浆料组合物，其中氧化铝颗粒包含至少70％的α晶相。
6.一种抛光蓝宝石基底的方法，其包括当抛光垫和基底受压彼此接触并且相对于彼此移动时，将含水浆料组合物引入抛光垫和基底之间，其中含水浆料组合物包含：
氧化铝颗粒；和
阳离子有机抛光促进剂，其选自以下的一种或多种：四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵；
其中，浆料的pH值是12至13。
7.根据权利要求6所述的方法，其中氧化铝颗粒的平均粒度(D50)是0.02μm至7.0μm。
8.根据权利要求6-7任一项所述的方法，其中所述浆料组合物进一步包含碱性pH调节剂，其由选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化铯中的一种或多种组成。
9.权利要求8的方法，其中碱性pH调节剂是氢氧化钾。
10.根据权利要求6-7任一项所述的方法，其中浆料的pH值是12至12.5。
11.根据权利要求6-7任一项所述的方法，其中氧化铝颗粒包含至少70％的α晶相。
12.一种蓝宝石基底，其是通过权利要求1-5任一项的含水浆料组合物抛光的。
13.一种蓝宝石基底，其是通过权利要求6-11任一项的方法抛光的。
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