CN114775040B - 一种大尺寸铌酸锂晶片及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法，包括以下步骤:步骤1：通过制备富锂多晶料、熔化、提拉生长工艺，得到大尺寸铌酸锂晶体；步骤2：将切割后的大尺寸铌酸锂晶片研磨，双面减薄，得到表面具有粗糙结构的大尺寸超薄铌酸锂双面减薄片；然后，置于抛光装置中进行处理，得到大尺寸铌酸锂晶片，本发明通过制备富锂多晶料、熔化、提拉生长、研磨，双面减薄和抛光等工艺制备得到大尺寸铌酸锂晶片；该大尺寸铌酸锂晶片的加工方法具有工艺简单，一次抛光，批量生产，抛光效率高，生产的铌酸锂晶片表面平坦度高。
Description
技术领域
本发明涉及铌酸锂晶片技术领域，具体涉及一种大尺寸铌酸锂晶片及其加工方法。
背景技术
铌酸锂(LiNbO3，以下简称LN)是一种集压电、铁电、热释电、非线性、光电、光弹、光折变等功能于一体的多功能材料。
中国专利CN110744364B公开了一种大尺寸超薄铌酸锂基片的双面抛光方法，包括如下步骤：a)将切割后的大尺寸超薄铌酸锂晶片研磨后获得表面具有粗糙结构的大尺寸超薄铌酸锂双面研磨片；b)然后进行双面减薄，超声清洗，获得表面具有粗糙结构的大尺寸超薄铌酸锂双面减薄片；c)在盛有硝酸、氢氟酸和缓释剂均匀混合的密闭容器中直接进行化学腐蚀，获得表面随机无序凹坑结构的大尺寸超薄铌酸锂腐蚀片；d)用双面抛机和抛光液进行双面抛光，再进行超声清洗，获得最终的大尺寸超薄铌酸锂双抛片；
现有技术中，大尺寸铌酸锂晶片的工艺比较复杂；特别是，在对大尺寸铌酸锂晶片后期进行抛光处理时，达不到同时对多个晶片以及晶片的正反面进行处理的目的。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种大尺寸铌酸锂晶片及其加工方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法，包括以下步骤:
步骤1：通过制备富锂多晶料、熔化、提拉生长工艺，得到大尺寸铌酸锂晶体；
步骤2：将切割后的大尺寸铌酸锂晶片研磨，双面减薄，得到表面具有粗糙结构的大尺寸超薄铌酸锂双面减薄片；然后，置于抛光装置中进行处理，得到大尺寸铌酸锂晶片。
作为本发明进一步的方案：制备富锂多晶料：将配料碳酸锂和五氧化二铌摩尔比为1:1混合，混合均匀后再进行压块，然后再通过高温烧结得到富锂多晶料。
作为本发明进一步的方案：熔化：采用感应加热或电阻加热的方式将富锂多晶料熔化在铂金坩埚中。
作为本发明进一步的方案：提拉生长：在温度1350℃下，调节籽晶杆的转速为15转/分钟，并将其下端的籽晶降至熔融液中接种引晶，当晶种直径扩张至30mm时，以6mm/小时的速度向上提拉，进行生长。
作为本发明进一步的方案：研磨得到的大尺寸铌酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜10um。
作为本发明进一步的方案：双面减薄得到的大尺寸铌酸锂晶片的粗糙度＜50nm，平坦度＜2um。
作为本发明进一步的方案：抛光得到的大尺寸铌酸锂晶片的粗糙度＜0.50nm，平坦度＜1um。
作为本发明进一步的方案：抛光装置处理大尺寸铌酸锂晶片的步骤如下：
将大尺寸铌酸锂晶片放置到滑动板和固定板之间的安装孔内，然后，启动驱动电机工作，通过齿轮之间的啮合作用，带动凸盘转动，使得凸盘的圆弧部分别与弹性柱抵接，使得滑动板向固定板方向移动，将大尺寸铌酸锂晶片固定住；然后使得抛光机与大尺寸铌酸锂晶片接触，对其进行抛光打磨。
一种大尺寸铌酸锂晶片,大尺寸铌酸锂单晶化学式为LiNbO3，铌酸锂单晶的直径为20-80mm。
本发明的有益效果：
本发明通过制备富锂多晶料、熔化、提拉生长、研磨，双面减薄和抛光等工艺制备得到大尺寸铌酸锂晶片；该大尺寸铌酸锂晶片的加工方法具有工艺简单，一次抛光，批量生产，抛光效率高，生产的铌酸锂晶片表面平坦度高；
其中抛光装置的结构和位置的设计，使得该可以同时对大尺寸铌酸锂晶片的正反两面同时进行抛光处理。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明中晶片抛光装置的结构示意图；
图2是本发明中固定盘的结构示意图；
图3是本发明凸盘与主动齿轮连接关系的结构示意图；
图4是本发明固定盘的立体结构示意图。
图中：1、机架；2、固定盘；3、安装轴；4、气缸；5、连接板；6、抛光机；7、机箱；8、放置盘；9、凸盘；10、夹持件；11、从动齿轮；12、主动齿轮；13、固定条；14、滑动板；15、固定板；16、弹性柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明为一种大尺寸铌酸锂晶片，化学式为LiNbO3，铌酸锂单晶的直径为20mm；
其中，一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法，包括以下步骤：
步骤1：通过制备富锂多晶料、熔化、提拉生长工艺，得到大尺寸铌酸锂晶体；
其中，制备富锂多晶料：将配料碳酸锂和五氧化二铌摩尔比为1:1混合，混合均匀后再进行压块，然后再通过高温烧结得到富锂多晶料；
熔化：将籽晶沿Z轴方向固定，利用感应加热或电阻加热的方式将富锂多晶料熔化在铂金坩埚中，保温10个小时后保证熔体均匀混合后将温度保持在熔点下种温度；
提拉生长：调整籽晶杆使其与坩埚同心，加热至1360℃使其熔化，随后降温至1350℃，调节籽晶杆的转速为15转/分钟，并将其下端的籽晶降至熔融液中接种引晶，当晶种直径扩张至30mm时，以6mm/小时的速度向上提拉，进行生长；得到的晶体以80℃/小时的速度升温至800℃，保温5小时；再以50℃/小时的速度升温至1100℃，保温8小时；以80℃/小时的速度降温至200℃，保温8小时后自然冷却至室温；生长得到的晶片完整无开裂；
步骤2：将切割后的大尺寸铌酸锂晶片研磨，双面减薄，得到表面具有粗糙结构的大尺寸超薄铌酸锂双面减薄片；然后，置于抛光装置中进行处理，得到大尺寸铌酸锂晶片；
其中，研磨得到的大尺寸铌酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜10um；
双面减薄得到的大尺寸铌酸锂晶片的粗糙度＜50nm，平坦度＜2um；
抛光得到的大尺寸铌酸锂晶片的粗糙度＜0.50nm，平坦度＜1um。
实施例2
请参阅图1-4所示，基于上述实施例1，一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法，为大尺寸铌酸锂晶片后期精细化处理中对晶片抛光的具体改进，其采用到晶片抛光装置，该装置包括机架1、固定盘2、安装轴3、气缸4、连接板5、抛光机6；
机架1内设置有安装轴3，安装轴3的两侧分别滑动设置有连接板5，连接板5上设置有多个抛光机6，该抛光机6用于对大尺寸铌酸锂晶片进行抛光打磨，安装轴3的中部设置有固定盘2，固定盘2用于对大尺寸铌酸锂晶片进行固定夹持；
其中，连接板5为环形结构，且连接板5的内圈设置有限位轴，限位轴位于安装轴3的内腔，且安装轴3上设置有与限位轴相适配的滑槽，机架1上设置有气缸4，气缸4的输出端延伸至安装轴3的内腔中，并与限位轴连接；通过控制气缸4工作，带动限位轴沿着安装轴3的滑槽进行水平移动，使得连接板5上的抛光机6与大尺寸铌酸锂晶片接触，对其进行抛光打磨，由于该抛光装置的结构和位置的设计，使得该可以同时对大尺寸铌酸锂晶片的正反两面同时进行抛光处理；
工作时，首先将大尺寸铌酸锂晶片放置到固定盘2上，并固定起来，然后启动气缸4，使得抛光机6与大尺寸铌酸锂晶片接触，对其进行抛光打磨，其具有工作简单，对大尺寸铌酸锂晶片抛光处理效率高的优点；
固定盘2包括放置盘8、凸盘9、夹持件10，放置盘8和凸盘9上分别设置有与安装轴3相适配的安装孔，放置盘8上设置有多个夹持件10，凸盘9转动安装在放置盘8上；
其中，夹持件10等间距设置有五个；该夹持件10包括固定条13、滑动板14、固定板15、弹性柱16，固定条13平行设置有两个，在两个固定条13之间分别设置有滑动板14和固定板15，固定板15固定设置在固定条13上，滑动板14滑动设置在固定条13上，固定板15位于固定条13远离凸盘9的位置上，滑动板14位于固定条13靠近凸盘9的位置上，在滑动板14和固定板15设置有与大尺寸铌酸锂晶片相适配的安装孔，滑动板14上设置有弹性柱16，并通过弹性柱16与凸盘9的侧壁滚动连接；
放置盘8的一侧设置有机箱7，机箱7内设置有驱动电机，驱动电机的输出端与主动齿轮12连接，主动齿轮12与从动齿轮11啮合连接，从动齿轮11安装在凸盘9靠近放置盘8内的侧壁上；
工作时，将大尺寸铌酸锂晶片放置到滑动板14和固定板15之间的安装孔内，然后，启动驱动电机工作，通过齿轮之间的啮合作用，带动凸盘9转动，使得凸盘9的圆弧部分别与弹性柱16抵接，使得滑动板14向固定板15方向移动，将大尺寸铌酸锂晶片固定住，接着，启动气缸4，使得抛光机6与大尺寸铌酸锂晶片接触，对其进行抛光打磨；
当抛光结束后，再启动驱动电机，使得凸盘9转动，并使得凹陷部依次经过放置盘8上的夹持件10，从而使得滑动板14和固定板15分离，便可将抛光好的大尺寸铌酸锂晶片取下，所以该固定盘2可以同时对大尺寸铌酸锂晶片进行夹持固定，同时使得该大尺寸铌酸锂晶片的两侧分别裸露出来，便于对其进行抛光处理。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1：通过制备富锂多晶料、熔化、提拉生长工艺，得到大尺寸铌酸锂晶体；
步骤2：将切割后的大尺寸铌酸锂晶片研磨，双面减薄，得到表面具有粗糙结构的大尺寸超薄铌酸锂双面减薄片；然后，置于抛光装置中进行处理，得到大尺寸铌酸锂晶片；
抛光装置处理大尺寸铌酸锂晶片的步骤如下：
将大尺寸铌酸锂晶片放置到滑动板(14)和固定板(15)之间的安装孔内，然后凸盘(9)转动，使得凸盘(9)的圆弧部分别与弹性柱(16)抵接，使得滑动板(14)向固定板(15)方向移动，将大尺寸铌酸锂晶片固定住；然后使抛光机(6)与大尺寸铌酸锂晶片接触进行抛光打磨；
所述抛光装置包括机架（1）、固定盘（2）、安装轴（3）、气缸（4）、连接板（5）、抛光机（6）；机架（1）内设置有安装轴（3），安装轴（3）的两侧分别滑动设置有连接板（5），连接板（5）上设置有多个抛光机（6），该抛光机（6）用于对大尺寸铌酸锂晶片进行抛光打磨，安装轴（3）的中部设置有固定盘（2），固定盘（2）用于对大尺寸铌酸锂晶片进行固定夹持；连接板（5）为环形结构，且连接板（5）的内圈设置有限位轴，限位轴位于安装轴（3）的内腔，且安装轴（3）上设置有与限位轴相适配的滑槽，机架（1）上设置有气缸（4），气缸（4）的输出端延伸至安装轴（3）的内腔中，并与限位轴连接；固定盘（2）包括放置盘（8）、凸盘（9）、夹持件（10），放置盘（8）和凸盘（9）上分别设置有与安装轴（3）相适配的安装孔，放置盘（8）上设置有多个夹持件（10），凸盘（9）转动安装在放置盘（8）上；其中，夹持件（10）等间距设置有五个；该夹持件（10）包括固定条（13）、滑动板（14）、固定板（15）、弹性柱（16），固定条（13）平行设置有两个，在两个固定条（13）之间分别设置有滑动板（14）和固定板（15），固定板（15）固定设置在固定条（13）上，滑动板（14）滑动设置在固定条（13）上，固定板（15）位于固定条（13）远离凸盘（9）的位置上，滑动板（14）位于固定条（13）靠近凸盘（9）的位置上，在滑动板（14）和固定板（15）设置有与大尺寸铌酸锂晶片相适配的安装孔，滑动板（14）上设置有弹性柱（16），并通过弹性柱（16）与凸盘（9）的侧壁滚动连接；放置盘（8）的一侧设置有机箱（7），机箱（7）内设置有驱动电机，驱动电机的输出端与主动齿轮（12）连接，主动齿轮（12）与从动齿轮（11）啮合连接，从动齿轮（11）安装在凸盘（9）靠近放置盘（8）内的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法,其特征在于，制备富锂多晶料：将配料碳酸锂和五氧化二铌摩尔比为1:1混合，混合均匀后再进行压块，然后通过高温烧结得到富锂多晶料。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法,其特征在于，熔化：采用感应加热或电阻加热的方式将富锂多晶料熔化在铂金坩埚中。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法,其特征在于，提拉生长：在温度1350℃下，调节籽晶杆的转速为15转/分钟，并将其下端的籽晶降至熔融液中接种引晶，当晶种直径扩张至30mm时，以6mm/小时的速度向上提拉，进行生长。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法,其特征在于，研磨得到的大尺寸铌酸锂晶片的粗糙度＜200nm，平坦度＜10um。
6.根据权利要求1所述的一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法,其特征在于，双面减薄得到的大尺寸铌酸锂晶片的粗糙度＜50nm，平坦度＜2um。
7.根据权利要求1所述的一种大尺寸铌酸锂晶片的加工方法,其特征在于，抛光得到的大尺寸铌酸锂晶片的粗糙度＜0.50nm，平坦度＜1um。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230316 Address after: North side of the first floor of Building A, China Sound Valley Information Innovation Industrial Park, No. 176, Yun'er Road, Hefei Economic and Technological Development Zone, Anhui Province, 230000 Applicant after: ANHUI KERUI SICHUANG CRYSTAL MATERIAL Co.,Ltd. Address before: 230000 north side of the first floor of plant a, No. 176, Yuner Road, Hefei Economic and Technological Development Zone, Anhui Province Applicant before: Hefei Zhongke Ruiheng New Material Technology Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A large-sized lithium niobate chip and its processing method Granted publication date: 20230331 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Hefei economic and Technological Development Zone Branch Pledgor: ANHUI KERUI SICHUANG CRYSTAL MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2024980008319 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |