CN109290853B - 一种超薄蓝宝石片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超薄蓝宝石片的制备方法，所述超薄蓝宝石片的厚度为0.02～0.10mm，所述方法包括如下步骤，先双面抛光蓝宝石片，直至双面的粗糙度均为0.5nm以下，且蓝宝石片的厚度为0.15mm以上；再将步骤A得到的蓝宝石片贴蜡固定在工件盘上，上表面采用单面减薄机减薄，单面减薄机含有砂轮，且砂轮的底面与已贴蜡固定好的蓝宝石片的上表面进行平面研磨而减薄蓝宝石片至其目标厚度加0.03mm以上；最后对步骤B得到的贴蜡固定在工件盘上的蓝宝石片的上表面进行单面抛光至蓝宝石片的上表面的粗糙度为0.5nm以下，同时在单面抛光过程中进一步降低蓝宝石片厚度而得到所述超薄蓝宝石片。本发明高良率地得到一种超薄蓝宝石片，其表面粗糙度和TTV均符合要求。

Description

一种超薄蓝宝石片的制备方法
技术领域
本发明涉及蓝宝石片的加工领域，具体涉及一种超薄蓝宝石片的制备方法。
背景技术
现有的蓝宝石晶片的加工方法一般只能制作厚度在0.15mm以上的蓝宝石晶片。若使用该方法制作厚度在0.10mm及以下的超薄蓝宝石晶片时，因加工中的破片、翘曲、炒机(蓝宝石破裂后因加工时贴蜡承载蓝宝石的工件盘与磨皮之间直接摩擦)和蓝宝石上各不同点厚度(TTV)偏差大等原因而使得加工良率很低，只能获得少量的成品。而若使用该方法制作厚度在0.05mm及以下的超薄蓝宝石晶片时，得到目标超薄蓝宝石晶片的概率基本为零。
具体地，现有技术中根据下述方法来得到产品厚度在0.10mm以上的蓝宝石片。首先，使用双面研磨铸铁盘和碳化硼研磨液将蓝宝石片双面研磨至厚度为0.15mm以上，且研磨后蓝宝石片的厚度为其产品目标厚度加0.06mm以上(一般双面研磨后的蓝宝石片的厚度为0.16～0.3mm)，且研磨后蓝宝石片的双面粗糙度均为700nm左右。双面研磨铸铁盘与双面抛光铜盘的结构相近，都包括行星轮、太阳轮、游星轮和牙板等结构。若目的产品的厚度为0.15mm以上，则在双面研磨后可以采用双面抛光铜盘结合钻石液对蓝宝石片进行双面抛光，也可以采用一个面一个面的单面抛光方式。若目的产品的厚度小于0.15mm，则在双面研磨后使用贴蜡固定和单面抛光方式将蓝宝石片的一个面进行粗抛光和精抛光得到上表面粗糙度为0.5nm以下的蓝宝石片，而后从工件盘上取下蓝宝石并翻面再将其贴蜡固定在工件盘上，最后将另一个面进行粗抛光和精抛光得到双面表面粗糙度均为0.5nm以下的蓝宝石片。使用该方式制备厚度为0.08～0.15mm的蓝宝石片时，因裂片(尤其是翻面时)、翘曲(尤其是翻面后抛光另一面)等原因，使得制备得到成品的良率远低于50％。
申请人通过对现有技术的检索发现，专利CN03141638提供一种光学蓝宝石晶体基片的研磨工艺，主要包括双面(同时)粗磨、双面精磨和双面抛光等工艺步骤。按照该发明的研磨工艺获得的蓝宝石晶体基片，一次合格率为大于98.5％，基片的表面粗糙度小于0.3纳米，平面度小于5微米，平整平行度为±0.025毫米，厚薄尺寸公差小于±0.025毫米。其中涉及的蓝宝石晶片的厚度为0.43mm。
专利CN201510071131公开了一种大尺寸A向蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加工方法，它包括晶锭定向，晶片切片，晶片双面研磨，晶片清洗，晶片退火，晶片双面抛光，晶片清洗，激光打孔，晶片倒角，晶片清洗和晶片镀膜步骤。该方法可以简化大尺寸(10英寸)蓝宝石手机屏幕的制造工艺，可有效消除表层的加工应力、消除机械加工损伤层，获得表面晶格完整、平整度＜5微米、抛光面粗糙度(RMS)＜0.2纳米的超光滑表面，该工艺加工质量好、成本低、效率高，相比现有技术取得了非常好的技术进步。
专利申请CN201610844820提供一种7.2寸纳米级蓝宝石扫描仪窗口片加工方法，包括切块、切片、精雕、研磨、抛光与清洗六大步骤，步骤简单，制备方便，该发明利用多线开方机切块、单线切割机去除头尾料、精雕倒角、双面研磨与抛光，避免对蓝宝石薄皮表面产生磨损，有效的提高加工效率，提升晶片外观质量，不仅加工效率、晶片质量有显著提升，也大大降低了成本，最后使用中性环保清洗液进行清洗，更加环保、晶片洁净度好、安全性高，同时成本较低，及安全又环保。
由上述内容可见，其中都是使用双面研磨后双面抛光的方法得到蓝宝石片，因而这些专利中的目标蓝宝石片都是厚度尺寸在0.15mm以上的蓝宝石片。本领域依然没有一种可以加工得到双面粗糙度0.5nm以下，且TTV符合产品要求的厚度在0.02～0.10mm的超薄蓝宝石片，且具有较好的加工良率的加工方法。
发明内容
为了高效制备一种双面粗糙度0.5nm以下，且TTV符合产品要求的超薄蓝宝石片，本领域需要一种加工良率高的超薄蓝宝石片的制备方法。
因此，本发明提供一种超薄蓝宝石片的制备方法，所述超薄蓝宝石片的厚度为0.02～0.10mm，所述方法包括如下步骤，
步骤A、双面抛光：双面抛光蓝宝石片，直至双面的粗糙度均为0.5nm以下，且蓝宝石片的厚度为0.15mm以上；
步骤B、单面贴蜡减薄：将步骤A得到的蓝宝石片贴蜡固定在工件盘上，上表面采用单面减薄机减薄，单面减薄机含有砂轮，且砂轮的底面与已贴蜡固定好的蓝宝石片的上表面进行平面研磨而减薄蓝宝石片至其目标厚度加0.03mm以上；
步骤C、单面再抛光：对步骤B得到的贴蜡固定在工件盘上的蓝宝石片的上表面进行单面抛光至蓝宝石片的上表面的粗糙度为0.5nm以下，同时在单面抛光过程中进一步降低蓝宝石片厚度而得到所述超薄蓝宝石片。
本发明中，步骤B中的蓝宝石片的上表面与步骤C中蓝宝石片的上表面为同一个表面，而该上表面可以是步骤A中双面抛光得到的蓝宝石片的上表面或下表面。
在一种具体的实施方式中，所述超薄蓝宝石片的厚度为0.03～0.09mm，优选0.04～0.08mm。
在一种具体的实施方式中，步骤A中双面抛光至所述蓝宝石片的厚度为0.15～0.4mm，且蓝宝石片的双面粗糙度为0.2～0.5nm。
在一种具体的实施方式中，步骤B中砂轮为金刚石砂轮，且砂轮中的钻石粒径为400目～800目，且减薄后蓝宝石片的上表面的粗糙度为400～1000nm，优选为600～800nm。
在一种具体的实施方式中，步骤B中使用单面减薄机将蓝宝石片减薄至其目标厚度加0.03mm至加0.06mm。
本发明中，如果单面减薄机减薄的厚度量小，例如减薄至蓝宝石片目标厚度加0.07mm以上，将会给后续的单面抛光带来不小的负担，延长了单面抛光的时间；且后续单面抛光的时间过长、厚度去除量过大时，会使得蓝宝石片的厚度偏差大；且去除同样的蓝宝石厚度量时，使用金刚石砂轮减薄所用的成本远小于使用铜盘和钻石微粉液进行粗抛光的成本；因此不宜使得单面减薄机减薄的厚度量过小而给步骤C留出的抛光去除厚度量过大。而若单面减薄机减薄的厚度量过大，例如减薄至蓝宝石片目标厚度加0.02mm及以下，则容易使得减薄时形成的蓝宝石损伤层难以在后续的单面抛光步骤中去除，也可能会使得蓝宝石产品的上表面的粗糙度达不到要求；因此不宜使得单面减薄机减薄的厚度量过大而给步骤C留出的抛光去除厚度量过小。
在一种具体的实施方式中，步骤C的单面抛光过程中包括先使用单面铜盘和钻石微粉抛光液进行粗抛光，再使用磨皮和二氧化硅颗粒抛光液进行精抛光，所述钻石微粉的粒径为1～10微米，优选3～5微米，所述二氧化硅颗粒的粒径为10～300nm，优选20～100nm，更优选30～80nm。
在一种具体的实施方式中，在步骤A之前还包括对蓝宝石片进行双面研磨减薄或单面研磨减薄的过程。
在一种具体的实施方式中，步骤A中的双面抛光过程包括先使用双面铜盘和钻石微粉抛光液进行双面粗抛光，再使用磨皮和二氧化硅颗粒抛光液进行双面精抛光。
具体实施方式
本发明中使用的将蓝宝石片贴蜡固定在工件盘上的方法和装置均与现有技术相同。只是现有技术中在制备0.10～0.15厚的蓝宝石片时都是先将蓝宝石片减薄至目标厚度以上的厚度(给抛光留出足够余量)，此时蓝宝石的双面粗糙度均为700nm左右，再通过贴蜡固定抛光蓝宝石的一个面而使得其粗糙度为0.5nm以下，然后翻片并贴蜡固定抛光蓝宝石的另一个面而使得其粗糙度同样为0.5nm以下。而本发明中必须在步骤B减薄前双面抛光至粗糙度均为0.5nm以下。即使是先单面抛光至粗糙度为0.5nm以下，再将其精细面朝下贴蜡固定在工件盘上，然后对蓝宝石的上表面的进行减薄和抛光，也难以得到双面粗糙度和TTV等指标均合格的超薄蓝宝石片。这可能是因为在步骤A单面精抛光时虽然该面的粗糙度最终能达到要求，但在后续的减薄和抛光另一面时容易使得蓝宝石片的TTV等指标不合格，甚至可能引起较大概率的翘曲。因此，本发明首先必须使用双面抛光盘将蓝宝石片的双面均抛光至粗糙度在0.5nm以下，再对蓝宝石片单面贴蜡减薄和单面再抛光。
蓝宝石产品的双面粗糙度一般均要求为0.5nm以下，因而本发明在步骤A中即将蓝宝石片的双面均抛光至粗糙度0.5nm以下，如果单面达不到产品的粗糙度要求，就在单面减薄和单面抛光后还得翻片和贴蜡固定来再次抛光蓝宝石的下表面，那就仍然避免不了出现破片、翘曲、炒机和TTV偏差大等不利情况。
本发明中对蓝宝石进行抛光的双面抛光盘使用现有技术中的双面抛光设备即可。因双面抛光铜盘中含行星轮、太阳轮、游星轮和牙板等结构，而其中牙板的厚度(牙板的厚度必须低于双面抛光的蓝宝石片产品的厚度)若低至0.10mm甚至更小时，其强度无法达到双面抛光设备的运行要求。因此，现有技术中的双面抛光设备都只能用于抛光产品厚度在0.15mm以上的蓝宝石片。因此，现有技术中若想得到产品厚度在0.10mm的蓝宝石片，本身就只能选用单面抛光设备。
本发明中使用的硅胶压片机为现有技术中的常用设备，其压头由硅胶制成，在贴蜡固定和压片时不会伤害蓝宝石片。
与现有技术相同的，本发明中也一般使用烤箱将固态蜡棒熔化，以贴蜡固定蓝宝石片和从工件盘上取蓝宝石片。本发明中一般使用无尘布和丙酮配合用于擦拭工件盘表面，也用于擦拭蓝宝石片。
本发明中所述超薄蓝宝石片例如为直径30～150mm的蓝宝石片。所述超薄蓝宝石片例如用做电子产品视窗、手表视窗、指纹识别晶片或按键晶片等。
关于蓝宝石片的固定，现有技术中一般有两种固定方式，厚度为0.2mm以上的蓝宝石片的单面研磨和抛光一般采用吸附垫吸附固定即可，而厚度为0.2mm以下的蓝宝石片的单面研磨和抛光一般只能采用贴蜡固定。
本发明中使用的装置、试剂或部件如双面抛光机、单面减薄机(金刚石砂轮的砂粒#400～800#)、单面铜盘抛光机、工件盘、固态蜡棒、钻石微粉抛光液、氧化硅抛光液、硅胶压片机、烤箱、无尘布和丙酮等均可以通过商购获取。
本发明的有益效果：本发明高良率地得到一种超薄蓝宝石片，其表面粗糙度和TTV(0.005mm内)均符合蓝宝石片产品的要求。因此本发明所述制备方法实用性好，易于推广，具有较大应用价值。
实施例1
本发明的目的是制备一种产品厚度为0.05mm，直径为40mm的蓝宝石圆片产品，对蓝宝石产品的要求为双面粗糙度在0.5nm以下且TTV在0.005mm以下。
本发明所述产品的制备方法包括如下步骤：
步骤A、双面抛光：双面抛光蓝宝石片，直至双面的粗糙度均为0.5nm以下，且蓝宝石片的厚度为0.15mm以上，具体是双面抛光至0.20～0.25mm；
步骤B、单面贴蜡减薄：将步骤A得到的蓝宝石片贴蜡固定在工件盘上，上表面采用单面减薄机减薄，单面减薄机含有金刚石砂轮，且金刚石砂轮的底面已贴蜡固定好的蓝宝石片的上表面进行平面研磨而减薄蓝宝石片至其目标厚度加0.03mm以上，具体是步骤B中将蓝宝石片减薄至厚度为0.08～0.10mm；
步骤C、单面再抛光：对步骤B得到的贴蜡固定在工件盘上的蓝宝石片的上表面进行单面抛光至蓝宝石片的上表面的粗糙度为0.5nm以下，同时在单面抛光过程中进一步降低蓝宝石片厚度而得到所述厚度为0.05mm的超薄蓝宝石片，其TTV为0.005mm。
具体地，步骤B和C包括：将双面抛光后的晶片使用固态蜡贴至工件盘面，再用压片机压平，待冷却后，上机单面减薄机进行减薄，减至所需晶片厚度+0.03mm，减薄达到要求后，将工件盘与产品一起取出，清洗干净，即可进行单面抛光(包括单面粗抛和单面精抛)，加工至超薄蓝宝石片的目标厚度后，将贴有产品的工件盘清洗干净，即可熔化固态蜡脱片。其中步骤C中先使用铜盘和钻石微粉抛光液抛光至上表面的粗糙度为5～15nm，再单面精抛光至目标粗糙度。
具体地，步骤C的粗抛光过程中单面加工时间10min，机台压力100kg、铜盘转速为70～80RPM/min，单面的厚度去除量为0.01mm，该粗抛光步骤的良率为98％。
本发明中双面或单面研磨、步骤A双面抛光、步骤B单面贴蜡减薄和步骤C的精抛光的良率都大于粗抛光的良率，本发明中影响良率的关键步骤为该粗抛光，因而在下述实施例中都列出粗抛光步骤的良率。
实施例2
本实施例的其它步骤与实施例1相同，但步骤C粗抛光过程中，单面加工时间20min，单面的厚度去除量为0.02mm，该粗抛光步骤的良率为98.5％。
实施例3
本实施例的其它步骤与实施例1相同，但步骤C粗抛光过程中，单面加工时间30min，单面的厚度去除量为0.03mm，该粗抛光步骤的良率为98％。
实施例4
本实施例的其它步骤与实施例1相同，但步骤C粗抛光过程中，单面加工时间50min，单面的厚度去除量为0.055mm，该粗抛光步骤的良率为99％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种超薄蓝宝石片的制备方法，所述超薄蓝宝石片的厚度为0.02~0.10mm，所述方法包括如下步骤，
步骤A、双面抛光：双面抛光蓝宝石片，直至双面的粗糙度均为0.5nm以下，且蓝宝石片的厚度为0.15mm以上；双面抛光过程包括先使用双面铜盘和钻石微粉抛光液进行双面粗抛光，再使用磨皮和二氧化硅颗粒抛光液进行双面精抛光；
步骤B、单面贴蜡减薄：将步骤A得到的蓝宝石片贴蜡固定在工件盘上，上表面采用单面减薄机减薄，单面减薄机含有砂轮，且砂轮的底面与已贴蜡固定好的蓝宝石片的上表面进行平面研磨而减薄蓝宝石片至其目标厚度加0.03mm至加0.06mm；所述砂轮为金刚石砂轮；
步骤C、单面再抛光：对步骤B得到的贴蜡固定在工件盘上的蓝宝石片的上表面进行单面抛光至蓝宝石片的上表面的粗糙度为0.5nm以下，同时在单面抛光过程中进一步降低蓝宝石片厚度而得到所述超薄蓝宝石片；单面抛光过程中包括先使用单面铜盘和钻石微粉抛光液进行粗抛光，再使用磨皮和二氧化硅颗粒抛光液进行精抛光。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述超薄蓝宝石片的厚度为0.03~0.09mm。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述超薄蓝宝石片的厚度为0.04~0.08mm。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤A中双面抛光至所述蓝宝石片的厚度为0.15~0.4mm，且蓝宝石片的双面粗糙度为0.2~0.5nm。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤B中砂轮中的钻石粒径为400目~800目，且减薄后蓝宝石片的上表面的粗糙度为400~1000nm。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤B中减薄后蓝宝石片的上表面的粗糙度为600~800nm。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤C的所述钻石微粉的粒径为1~10微米，所述二氧化硅颗粒的粒径为10~300nm。
8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，步骤C的所述钻石微粉的粒径为3~5微米。
9.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，步骤C的所述二氧化硅颗粒的粒径为20~100nm。
10.根据权利要求9所述制备方法，其特征在于，步骤C的所述二氧化硅颗粒的粒径为30~80nm。
11.根据权利要求1~10中任意一项所述制备方法，其特征在于，在步骤A之前还包括对蓝宝石片进行双面研磨减薄或单面研磨减薄的过程。
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