CN115416167A - 一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法 - Google Patents

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Abstract

一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法，属于光通讯器件技术领域。包括以下步骤：1)采用液相外延法在SGGG基片上制备Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜，得到带单晶膜的SGGG基片；2)通过在蓝膜上黏贴软弹性垫后再将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上，或者通过PDMS封装的方式，将带单晶膜的SGGG基片固定于蓝膜上；3)采用划片机将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的小片。本发明提出的一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法，采用具有弹性的软体保护晶片，使晶片完美贴合软体，抑制晶片在切割过程中的振动和位移；同时通过软体缓冲晶片切割过程中产生的应力释放，有效防止了划切过程中的崩裂。

Description

一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法
技术领域
本发明属于光通讯器件技术领域，具体涉及一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法。
背景技术
随着5G通讯、云计算、大数据等信息技术的快速发展和传统产业数字化的转型，全球数据量呈现几何级增长。在数据量需求的推动下，光通信器件的产量和技术得到持续的发展，体现在光通讯器件生产总值的逐年上升。作为光通讯器件中的重要组成部分，光隔离器设置于光源与其他光传输组件之间，仅传输朝向光传输组件的光，并选择性阻挡朝向光源的反射光。
在偏振相关光隔离器的结构中，在光的入射端设置起偏器，出射端设置检偏器。偏振元件——法拉第旋转子设置于起偏器与检偏器之间，起偏器与检偏器之间的偏振角相差45°，在光通过法拉第旋转子时，光的偏振面旋转45°。由于这种旋转，光的偏振面与检偏器的偏振面重合，因此光可以通过检偏器。反射光从相反方向入射到检偏器后入射至法拉第旋转子，由于反射光的偏振面再次被法拉第旋转子旋转了45°，这时光的偏振面与起偏器正交，因此反射光不能通过起偏器，达到了使光纤中光单向传输的作用。
目前，用于光隔离器法拉第旋转子的Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜(Bi：RIG)一般通过液相外延法在非磁性石榴石基片上生长，通常采用晶格常数与Bi：RIG相近的SGGG(钙镁锆掺杂钆镓石榴石)衬底。薄膜生长400～600微米后经过研磨和抛光加工工艺去除SGGG，得到Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜。
传统的液相外延薄膜生长工艺是将SGGG基片单面浸入氧化铅-氧化铋-氧化硼助熔剂体系的熔体中生长。生长前需要将高纯度(99.99％)的氧化物粉末按比例加入铂金坩埚中并加热到1100℃搅拌以确保熔体均匀，然后再将SGGG基片单面浸入熔体中生长。生长过程中熔体需要降温使晶体在基片表面析出，而由于SGGG基片和Bi：RIG单晶膜的热膨胀系数不同，在生长过程中晶片难免产生翘曲。翘曲的晶片在进行后续的切片加工时，容易崩裂造成产量降低。
传统的法拉第旋转子划切工艺是首先将3英寸的晶片切为11毫米×11毫米的小片，然后将小片进行研磨和双面抛光为镜面表面，再与偏振片黏贴后整体切割成尺寸为1毫米×1毫米或0.5毫米×0.5毫米的法拉第旋转子成品。在划切过程中发现，崩裂现象主要发生在3英寸切为11毫米×11毫米的小片时，将11毫米×11毫米的小片切成法拉第旋转子成品的过程中未发生崩裂现象。
发明内容
本发明的目的在于，针对背景技术存在的现有Bi：RIG划切过程中晶片易崩裂的问题，提出了一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法，包括以下步骤：
步骤1、采用液相外延法在SGGG(钙镁锆掺杂钆镓石榴石)基片上制备Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜(Bi：RIG)，得到带单晶膜的SGGG基片；
步骤2、通过在蓝膜上黏贴软弹性垫后再将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上，或者通过PDMS封装的方式，将步骤1得到的带单晶膜的SGGG基片固定于蓝膜上；
步骤3、采用划片机将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的小片。
进一步的，步骤1所述SGGG基片为厚度≤1.3毫米、直径为3英寸的圆片。
进一步的，步骤2所述软弹性垫采用多孔材质的支撑片材，具体为乙烯醋酸乙烯酯聚物或聚乙烯树脂的多孔泡沫片，厚度大于2.5毫米。
进一步的，步骤2中，在蓝膜上黏贴软弹性垫后再将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上的过程具体为：首先，在蓝膜上黏贴厚度大于2.5毫米的软弹性垫；然后，将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上；最后，将基片边缘处的软弹性垫增厚，以确保基片底部与蓝膜之间完全填充软弹性垫。
进一步的，步骤2中，PDMS封装的过程具体为：烘烤固态聚二甲基硅氧烷(PDMS)使PDMS玻璃化；将玻璃化的PDMS倒在带单晶膜的SGGG基片上，直至PDMS完全覆盖基片四周；待PDMS冷却后，黏贴至蓝膜上。
进一步的，步骤3中，划片机的转速为30000转/min，进刀速度为1.0mm/s。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出的一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法，采用具有弹性的软体保护晶片，使晶片完美贴合软体，抑制晶片在切割过程中的振动和位移；同时通过软体缓冲晶片切割过程中产生的应力释放，有效防止了划切过程中的崩裂。
附图说明
图1为本发明实施例1的流程示意图；
图2为本发明实施例2的流程示意图；
图3为实施例1采用软弹性垫缓冲后晶片划片剖面图(a)和不使用软弹性垫缓冲的晶片划片剖面图(b)；
图4为实施例2采用PDMS封装后晶片划片剖面图(a)和不使用PDMS封装的晶片划片剖面图(b)。
图中，1为划片机刀片，2为软弹性垫，3为Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜，4为SGGG基片，5为晶圆切割蓝膜，6为PDMS凝胶。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法，包括以下步骤：
步骤1、采用液相外延法在SGGG(钙镁锆掺杂钆镓石榴石)基片上制备Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜(Bi：RIG)，得到3英寸的、带单晶膜的SGGG基片；
步骤2、将蓝膜固定在划片机的6英寸金属圆形绷架上，通过在蓝膜上黏贴软弹性垫后再将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上，或者通过PDMS封装的方式，将步骤1得到的带单晶膜的SGGG基片固定于蓝膜上；
步骤3、采用划片机将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的小片；
步骤4、步骤3得到的小片经研磨、双面抛光后，与偏振片黏贴，采用封蜡工艺固定于硅片上，再次用划片机切割成尺寸为1毫米×1毫米或0.5毫米×0.5毫米的法拉第旋转子成品。
其中，当采用在蓝膜上黏贴软弹性垫后再将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上的方式时，带单晶膜的SGGG基片的凸面与软弹性垫接触；当采用PDMS封装的方式时，带单晶膜的SGGG基片的凸面与蓝膜接触。
实施例1
一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
S1.采用垂直炉体液相外延高温浸渍法在SGGG基片上制备Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜(Bi：RIG)，得到3英寸的、带单晶膜的SGGG基片；具体过程为：
称取氧化物粉末加入铂金坩埚中，在1100℃熔融后搅拌12小时使熔料混合均匀；降温至842℃，使熔料进入过饱和状态；将SGGG基片单面浸入熔体，在转速为120rpm的条件下生长，生长过程中以0.8℃/h的降温速率降温，生长时间为35小时；生长完成后，得到了膜厚为475微米的Bi：RIG单晶膜，薄膜未碎裂但有轻微翘曲；
S2.将蓝膜固定在划片机的6英寸金属圆形绷架上，采用防水胶在蓝膜上黏贴厚度大于2.5毫米的聚乙烯树脂的多孔泡沫片，作为软弹性垫；
S3.采用防水胶黏贴的方式将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上，确保软弹性垫与晶片紧密贴合；
S4.如图3(a)所示，将基片边缘处的软弹性垫增厚，以确保基片底部与蓝膜之间完全填充软弹性垫；观察软弹性垫是否与基片边缘紧密贴合，若未紧密贴合，裁剪软弹性垫填满缝隙；
S5.检查软弹性垫黏附性后，采用划片机将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的正方形小片。
实施例1将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的正方形小片的过程中，晶片未崩裂，小片的最大表面崩边小于30微米，最大背面崩边尺寸小于20微米，符合正常使用要求。
实施例2
一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法，如图2所示，具体包括以下步骤：
S1.采用垂直炉体液相外延高温浸渍法在SGGG基片上制备Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜(Bi：RIG)，得到3英寸的、带单晶膜的SGGG基片；具体过程为：
称取氧化物粉末加入铂金坩埚中，在1100℃熔融后搅拌12小时使熔料混合均匀；降温至842℃，使熔料进入过饱和状态；将SGGG基片单面浸入熔体，在转速为120rpm的条件下生长，生长过程中以0.8℃/h的降温速率降温，生长时间为35小时；生长完成后，得到了膜厚为480微米的Bi：RIG单晶膜，薄膜未碎裂但有轻微翘曲；
S2.在180℃下烘烤固态PDMS使PDMS玻璃化；
S3.如图4(a)所示，将玻璃化的PDMS倒在带单晶膜的SGGG基片上，直至PDMS完全覆盖基片四周，基片整体被封装在PDMS凝胶中；
S4.将蓝膜固定在划片机的6英寸金属圆形绷架上，待PDMS冷却后，将凝胶黏贴至固定好的蓝膜上；
S5.检查晶片黏附性后，采用划片机将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的正方形小片。
实施例2将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的正方形小片的过程中，晶片未崩裂，小片的最大表面崩边小于30微米，最大背面崩边尺寸小于30微米，符合正常使用要求。
对比例
一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法，具体包括以下步骤：
S1.采用垂直炉体液相外延高温浸渍法在SGGG基片上制备Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜，得到3英寸、带单晶膜的SGGG基片；具体过程为：
称取氧化物粉末加入铂金坩埚中，在1100℃熔融后搅拌12小时使熔料混合均匀；降温至842℃，使熔料进入过饱和状态；将SGGG基片单面浸入熔体，在转速为120rpm的条件下生长，生长过程中以0.8℃/h的降温速率降温，生长时间为35小时；生长完成后，得到了膜厚为485微米的Bi：RIG单晶膜，薄膜未碎裂但有轻微翘曲；
S2.将蓝膜固定在划片机的6英寸金属圆形绷架上，采用划片机将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的正方形小片。
对比例将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的正方形小片的过程中，晶片出现一条贯穿圆心和边缘处的裂纹，导致裂纹处晶片无法使用，产量降低约50％。

Claims (6)

1.一种铋取代稀土铁石榴石的划切方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用液相外延法在SGGG基片上制备Bi取代稀土类铁石榴石单晶膜，得到带单晶膜的SGGG基片；
步骤2、通过在蓝膜上黏贴软弹性垫后再将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上，或者通过PDMS封装的方式，将步骤1得到的带单晶膜的SGGG基片固定于蓝膜上；
步骤3、采用划片机将带单晶膜的SGGG基片切割为11毫米×11毫米的小片。
2.根据权利要求1所述的铋取代稀土铁石榴石的划切方法，其特征在于，步骤1所述SGGG基片为厚度≤1.3毫米、直径为3英寸的圆片。
3.根据权利要求1所述的铋取代稀土铁石榴石的划切方法，其特征在于，步骤2所述软弹性垫为乙烯醋酸乙烯酯聚物或聚乙烯树脂的多孔泡沫片，厚度大于2.5毫米。
4.根据权利要求1所述的铋取代稀土铁石榴石的划切方法，其特征在于，步骤2中，在蓝膜上黏贴软弹性垫后再将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上的过程具体为：首先，在蓝膜上黏贴厚度大于2.5毫米的软弹性垫；然后，将带单晶膜的SGGG基片固定于软弹性垫上；最后，将基片边缘处的软弹性垫增厚，确保基片底部与蓝膜之间完全填充软弹性垫。
5.根据权利要求1所述的铋取代稀土铁石榴石的划切方法，其特征在于，步骤2中，PDMS封装的过程具体为：烘烤固态PDMS使PDMS玻璃化；将玻璃化的PDMS倒在带单晶膜的SGGG基片上，直至PDMS完全覆盖基片四周；待PDMS冷却后，黏贴至蓝膜上。
6.根据权利要求1所述的铋取代稀土铁石榴石的划切方法，其特征在于，步骤3中，划片机的转速为30000转/min，进刀速度为1.0mm/s。
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