蓝宝石晶片研磨抛光方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及蓝宝石晶片的研磨抛光技术领域，特别是一种蓝宝石晶片研磨抛光方 法。
【背景技术】
[0002] 蓝宝石是一种具有良好透光性和导热性的单晶材料，同时由于其具有优异的耐温 性（熔点高达2200°C)和超高的硬度（莫氏硬度高达9.0,仅次于硬度为10的金刚石），蓝 宝石单晶常用于军工中导弹的制导窗口，精密仪表盘面，高档手表表面等。最近蓝宝石单晶 开始用作高端手机的屏面，引起广大商家和消费者的热烈关注，但由于蓝宝石单晶平面的 抛光加工效率非常低，成本居高不下，蓝宝石手机屏的消费市场并没有打开。低抛光效率是 制约蓝宝石屏面发展的根本原因。开发一种高效的蓝宝石抛光技术具有极高的经济价值。
[0003] 蓝宝石晶片抛光分为A向抛光和C向抛光。从蓝宝石的晶面属性来看，A向晶面 的硬度高于C向晶面的硬度。而手机屏面属于A向蓝宝石晶面，其抛光难度最高。蓝宝石 A向抛光一般分为研磨、铜抛和精抛三个阶段。第一道研磨工段的作用在于，降低蓝宝石原 料片切削过程产生的表面阶梯性划痕深度，更主要的是使批量蓝宝石原料片的厚度尽量达 到一致。同一盘蓝宝石晶片的来料厚度差有些高达10~20um，研磨后晶片厚度差可降至 1~3um。第二道铜抛工段目的是使蓝宝石晶片的总厚度差（TTV)和表面粗糙度（Ra)进一 步降低。铜抛工段后的蓝宝石晶面开始出现透光性。第三道精抛工段使晶面的表面粗糙度 降至Inm以下，使蓝宝石表面平整，此时蓝宝石平片透明。研磨、铜抛、抛光三道工段，关键 目的在于逐渐降低晶片的TTV和Ra值。前一道工艺制造出的晶面表面质量优劣会极大地 影响后续加工的难易。
[0004] 常用的蓝宝石抛光方案如下，第一道研磨工段，研磨工段使用240#的碳化硼研磨 砂（粒径范围在56~64um)，配合去离子水形成微粉溶胶体系，输入至研磨机内对晶面进行 研磨，处理后蓝宝石的粗糙度Ra值约为0. 9um ;第二道铜抛工段，使用规格为W7的碳化硼 微粉（粒径范围在5. 0~6. Oum)制作成水砂浆做为铜抛液；第三道化抛工段，采用二氧化 硅化抛液对蓝宝石晶面做精抛处理。由于每一道工艺处理完后蓝宝石的表面粗糙度较高， 往往在下一道工艺中需要极长的处理时间才能将蓝宝石的Ra和TTV降低至下一预定值。比 如用W7碳化硼微粉处理后的晶片表面Ra值约为70nm，在化抛工艺中需要用4小时左右才 能完成蓝宝石抛光，将Ra值下降至0. 5nm。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决目前蓝宝时抛光效率极低的问题而提供的一种蓝宝石晶片研磨 抛光方法。
[0006] 为达到上述功能，本发明提供的技术方案是：
[0007] -种蓝宝石晶片研磨抛光方法，包括以下工序：
[0008] (1)粗磨：采用粒度为26~43um的高硬度微粉做为磨料，按照固含量为15~ 30%的比例与去离子水、分散剂、悬浮剂配制成粗磨液，输入至研磨机进行研磨；研磨机的 研磨盘采用铸铁盘，对蓝宝石晶片进行上下对磨；
[0009] (2)中磨：采用粒度为3~9um的高硬度微粉做为磨料，按照固含量为15~30% 的比例与水、分散剂、悬浮剂配制成中磨液，输入至研磨机进行研磨；研磨机的研磨盘采用 树脂复合铜盘或单质铜盘，对蓝宝石晶片进行上下对磨；
[0010] (3)精磨：采用粒度为0. 2~3um的高硬度微粉做为磨料，按照固含量为15~30% 的比例与水、分散剂、悬浮剂配制成精磨液，输入至研磨机进行研磨；研磨机的研磨盘采用 树脂复合铜盘或单质铜盘，对蓝宝石晶片进行上下对磨；
[0011] (4)抛光：采用粒度为50~500nm的二氧化硅气凝胶做为磨料，按照固含量为 15~30%的比例与水配制成抛光液，输入至抛光机进行抛光；抛光机的抛光盘为复合纤维 抛光垫，对蓝宝石晶片进行上下抛光。
[0012] 优选地，所述粗磨液、中磨液和精磨液中含有0. 3~1质量％的分散剂。
[0013] 优选地，所述粗磨液、中磨液和精磨液中含有0. 1~0. 5质量％的悬浮剂。
[0014] 优选地，所述高硬度微粉为碳化硼、碳化硅或金刚石中的一种或几种。
[0015] 优选地，所述悬浮剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、丙三醇或甘二醇。
[0016] 优选地，所述分散剂为羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素钠、海藻 酸钠或聚乙烯醇。
[0017] 本发明的有益效果在于：通过采用粗磨、中磨、精磨和抛光4道工序对蓝宝石晶片 进行研磨抛光，在上一道研磨中，使用粒径相对较小的研磨砂对蓝宝石进行研磨处理，使蓝 宝石晶面获得相较优越的加工表面，即相对较低的Ra值和TTV，因此使蓝宝石在本道处理 工艺中达到预定目标Ra和TTV所需时间减小；利用本发明提供的研磨抛光方法进行抛光， 蓝宝石抛光工艺时间可控制在120~180min，批量制备晶片合格率大于90%，表面粗糙度 低至0. 5nm。
【具体实施方式】
[0018] -、研磨抛光方法
[0019] 将研磨液传输至抛光台板上，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。研磨液循环反复地对晶片进行研磨处理。以下为试验条件。
[0020] 1、研磨条件：
[0021] 研磨设备：18B研磨机；
[0022] 蓝宝石晶片直径：Φ = 5cm ;
[0023] 研磨压力：90g/cm2;
[0024] 机头转速：20rpm。
[0025] 2、检测设备
[0026] 粗糙度：粗糙度测试仪；
[0027] 厚度：旋钮式千分尺。
[0028] 实施例一：
[0029] 本发明提供的蓝宝石抛光晶片抛光方法，具体包含四道工序，即粗磨、中磨、精磨 和抛光。本实施例中，粗磨、中磨和精磨使用的高硬度微粉为碳化硼，碳化硼粒径分别优选 为W40、W7和WL 5标准的微粉，在实际使用的过程中高硬度微粉也可以选用碳化硅或金刚 石。在本实施例中，悬