高效蓝宝石精磨方法及精磨液

摘要

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。

说明书

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。