CN105038607A - 高效蓝宝石精磨方法及精磨液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蓝宝石研磨抛光技术领域，特别是用于蓝宝石研磨的精磨液；由以下组分组成：超细高硬度微粉：10～15wt％，分散剂：0.1～1.5wt％，粉末润滑剂：1～5wt％，余量为去离子水，所述粉末润滑剂为石墨或六方氮化硼；本发明使用分散剂，使微粉形成稳定的悬浮体系，利于微粉的流动和传输，使溶胶体系具有优良的渗透和清洗功能，将研磨过程中产生的细屑以流体的形式带走；针对低寿命的问题，本发明在精磨液中混入粉末润滑剂，使研磨接触面具有滑动缓冲效应，使粉体在高压力下滚动，避免超细高硬度微粉与蓝宝石晶面形成硬接触，损伤磨料，从而提高精磨液的使用寿命；本发明同时还提供了一种高效蓝宝石精磨方法。

Description

高效蓝宝石精磨方法及精磨液
技术领域
本发明涉及蓝宝石研磨抛光技术领域，特别是用于蓝宝石研磨的精磨液，以及采用该精磨液的高效蓝宝石精磨方法。
背景技术
蓝宝石是一种成分为a-Al2O3的单晶，其惰性强、具有良好的透光性和导热性，莫氏硬度高达9，仅次于莫氏硬度为10.0的金刚石，是一种优良的耐磨材料。由于这些技术特性，它被广泛应用于发光二极管LED的首选衬底材料。近年来，知名手机制造商苹果公司提出以蓝宝石单晶做为手机屏的方案，尽管由于蓝宝石屏生产技术未成熟而无法大量使用，但这一概念引领了智能手机制造商蜂拥追赶。
抛光效率低是蓝宝石屏产率小的主要原因之一。一般情况下蓝宝石分为研磨、铜抛和精抛三个工段。由于铜抛工艺处理后晶片表面粗糙度较大，在精抛过程中往往需要处理2～4小时才能达到目标粗糙度(Ra)和最小厚度差(TTV)。蓝宝石晶片的精抛工段消耗了大量时间。一般行业内铜抛工段使用的高硬度微粉有许多，例如规格型号为W10、W7和W5的碳化硼微粉，中位粒径D50分别为6.1～8.3um、5.0～6.0um和3.5～4.2um；也或者规格型号为W2.5和W3.5的金刚石微粉，中位粒径D50为1.6～1.8um和2.2～3.0um。将上述微粉配合适量的去离子水和悬浮剂，制成研磨液，输入至研磨机内对蓝宝石进行研磨。
一般来说，用粒径越小的高硬度微粉对蓝宝石进行研磨，获得的表面粗糙度越小，越利于缩减精抛工段的处理时间。行业内也有人尝试使用粒径更小的研磨砂，获得更优良的晶面表面质量以简化后续抛光工艺。但粒径越小，微粉的切削力度越小，辅料成本越高，导致加工工艺的产能效率低下和成本极高。有些小粒径微粉配制的研磨液，切削效率甚至低于精抛工段的硅溶胶化抛液。另外，小粒径磨料的使用寿命非常短，往往循环使用7～8盘晶片就失去研磨效力。总之，研磨效率低下和使用寿命短这两个致命问题限制了超细微粉在铜抛工段中的使用。
由于上述问题的限制，在铜抛工段，或者说化学精抛工段的上一道工段中，目前行业内放弃使用规格粒径在W2.4以下(中位粒径D50＜1.8um)的超硬度微粉做为机械研磨材料。行业内在铜抛工段中使用该粒径范围的超硬度微粉仍属空白。
发明内容
本发明为了解决目前针对蓝宝石铜抛工段中，使用超细微粉配置的研磨液存在的研磨效率低、使用寿命短的问题而提供的一种精磨液。
为达到上述功能，本发明提供的技术方案是：
一种精磨液，所述精磨液由以下组分组成：
超细高硬度微粉：10～15wt％；
分散剂：0.1～1.5wt％；
粉末润滑剂：1～5wt％；
余量为去离子水；
所述粉末润滑剂为石墨或六方氮化硼。
优选地，所述分散剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、丙三醇、丙二醇、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十二烷基萘磺酸钠、十四烷基萘磺酸钠、三乙醇胺、硼酸酯中的一种或几种。
优选地，所述超细高硬度微粉为碳化硼或碳化硅。
优选地，所述超细高硬度微粉的中位粒径D50为0.2～1.6μm。
优选地，所述粉末润滑剂的中位粒径D50为0.1～1μm。
本发明同时还提供了一种高效蓝宝石精磨方法，使用上述的精磨液对蓝宝石进行精细研磨。
本发明的有益效果在于：针对现行的超细微粉的低切削力问题，本发明使用分散剂，使微粉形成稳定的悬浮体系，利于微粉的流动和传输，使溶胶体系具有优良的渗透和清洗功能，将研磨过程中产生的细屑以流体的形式带走；针对低寿命的问题，本发明在精磨液中混入粉末润滑剂，使研磨接触面具有滑动缓冲效应，使粉体在高压力下滚动，避免超细高硬度微粉与蓝宝石晶面形成硬接触，损伤磨料，从而提高精磨液的使用寿命。
具体实施方式
一、配方
本实施例中，蓝宝石精磨液包含超细高硬度微粉、粉末润滑剂、分散剂和去离子水。其中，超细高硬度微粉做为精磨液的磨料优选碳化硼，粒径优选为W2.4、W1.5和W0.5标准的微粉，即中位粒径D50分别为1.6～1.8um、0.5～0.6um和1.1～1.3um。按表1列表配方进行配置。
表1.本发明提供的精磨液配方
二、研磨方法
精磨液以原样使用，无需添加水或水溶液进行稀释。将精磨液传输至研磨机内，使研磨盘与被研磨表面接触，被研磨表面和研磨盘相对运动。精磨液的导出口与导入口相连通，精磨液循环反复地对晶片进行精磨加工。
三、实验条件
研磨设备：18B研磨机；
蓝宝石晶片直径：Ф＝5cm；
蓝宝石类型：A向，晶面光亮平整的蓝宝石；
研磨压力：90g/cm2；
机头转速：20rpm。
四、检测设备
粗糙度:粗糙度测试仪；
厚度：旋钮式千分尺。
五、评价：
研磨下尺寸速率评价：
研磨下尺寸速率＝(研磨前的晶片厚度-研磨之后的晶片厚度)/研磨时间；
粗糙度评价：表面粗糙度Ra。
表2.用不同配方处理第一盘蓝宝石晶片的典型结果
表3.碳化硼水砂浆处理第一盘蓝宝石晶片的典型结果
表2列出了不同粒径的碳化硼微粉配制的精磨液的典型加工结果数值。每盘样品处理时间均为30min。以配方Z-W1.5的典型数值为例，处理半小时，晶片下尺寸数值为5.1um，晶片表面粗糙度Ra值为16nm。获得了质量较良好的晶片表面。为下一道精抛工段节省处理时间。
表3展示了碳化硼水砂浆的典型处理参数，与表2给出的本实施例配方效果对比。使用碳化硼与去离子水直接配制而成的水砂浆，基本没有切削力度。另外，由于水砂浆的悬浮效果较差，研磨液淤塞在设备内，容易形成局部团聚，使部分蓝宝石晶片的粗糙度增加。六、寿命评估
用本配方处理蓝宝石，以典型的Z-W1.5为例，处理20盘蓝宝石后仍能保持在0.1um/min以上。相比之下，W1.5碳化硼水砂浆在处理完5盘后，切削速率降至0.03um/min以下，基本无切削力度。
表4.不同配方处理蓝宝石晶片的寿命对比(微米/分钟)
表5.不同粒径配制的水砂浆处理蓝宝石晶片的寿命对比(微米/分钟)
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种精磨液，其特征在于：所述精磨液由以下组分组成：
超细高硬度微粉：10～15wt％；
分散剂：0.1～1.5wt％；
粉末润滑剂：1～5wt％；
余量为去离子水；
所述粉末润滑剂为石墨或六方氮化硼。
2.如权利要求1所述的精磨液，其特征在于：所述分散剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、丙三醇、丙二醇、十二烷基苯磺酸钠、十四烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十二烷基萘磺酸钠、十四烷基萘磺酸钠、三乙醇胺、硼酸酯中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的精磨液，其特征在于：所述超细高硬度微粉为碳化硼或碳化硅。
4.如权利要求1所述的精磨液，其特征在于：所述超细高硬度微粉的中位粒径D50为0.2～1.6μm。
5.如权利要求1所述的精磨液，其特征在于：所述粉末润滑剂的中位粒径D50为0.1～1μm。
6.一种高效蓝宝石精磨方法，其特征在于：使用权利要求1至5任意一项所述的精磨液对蓝宝石进行精细研磨。
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