一种Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的刚性层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子、光电子、柔性显示器衬底制造中的超精密加工技术，特别是一种Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的刚性层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微电子、光电子、集成电路制造是衡量一个国家地位和综合国力的重要标志之一，是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的领域，只有掌握先进的微电子及光电子制造技术才能有效地控制成本和扩大生产规模，才能在激烈的市场竞争中生存和发展。微电子及光电子先进制造作为国民经济的基础产业、先导产业、支柱产业和战略性产业，对我国国民经济、国家安全、人民生活和社会进步正在发挥着越来越重要的作用。
[0003]柔性显示技术正逐渐改善人们的生活和交流，并显著推进着信息可视化。近年来，柔性显示的优势日益突出，柔性电子与作为平板显示的LCD、OLED和等离子体显示相比，具有超薄、质量轻、耐用、储存量大、设计自由，可挠曲、可收卷和耐冲击等性能，广泛适用于移动电话、个人数字助理PDA、笔记本电脑、商标、安全身份文件、电子书、电子海报、汽车仪表板、RF识别系统、传感器、环境显示、医疗、普通照明、机器人感觉皮肤等工业、民用及军事行业，柔性显示器还可以让显示屏更容易成为装饰材料，利用柔性显示的可弯曲特性使得工程设计不局限于平面化，可实现多元化外型的显示模式。
[0004]由于柔性显示巨大的市场前景，许多国家和地区的研究机构及生产厂商投入到柔性显示技术的研究与应用中，并取得了显著的成果。当前，柔性电子还处在即将产业化的前夜，仍然还存在很多的技术瓶颈，对于材料、工艺、设计等还处在研究和探索的阶段。柔性显示技术是集大规模集成电路、精密加工技术、光电子技术于一体高新技术产业，涉及半导体、光学、微电子、化学材料、精密机械与加工等众多的高科技领域。
[0005]柔性显示衬底是研发柔性显示器的基础。平板显示器都是以玻璃基板为衬底制作的，而柔性显示器则是以柔性材料为衬底，其对柔性衬底的表面质量要求与玻璃基板一样，表面平整度和厚度要求非常严格，要实现柔性衬底的表面质量和加工精度，目前最常用的方法是化学机械抛光技术。
[0006]化学机械抛光技术被认为是能兼顾表面粗糙度和表面平整度要求的最好的工艺方法，已成为硬脆性晶体材料、金属材料及其它材料实现表面超光滑无损伤加工的最实用技术之一，并且广泛应用于超大规模集成电路、半导体照明、光学玻璃、平板显示等光电子、微电子、航空航天及机械工程等领域。经过分析与研究，化学机械抛光技术可能是最适合的、且完全能用于大尺寸超薄柔性显示衬底表面的Rol 1-to- Roll高效超精密加工中，来获得超光滑无损伤的加工表面。
[0007]开发柔性显示器的另一个重要因素在于其工艺可能由Sheet-fed batchprocessing (单张批量生产)转换成Roll-to-Roll manufacturing (卷对卷生产)，效率大大提高，意味着显示器的成本可能大大降低。因此，当务之急是研究大尺寸超薄柔性显示衬底的Roll-to-Roll高效生产技术、设备与工艺及超精密加工理论。
[0008]抛光辊是大尺寸超薄柔性显示衬底的Roll-to-Roll化学机械抛光机中的主要部件，由于游离磨料化学机械抛光技术存在很多无法解决的问题，近年来，固结磨料化学机械抛光技术由于其巨大的优越性，有望取代游离磨料化学机械抛光；而固结磨料化学机械抛光辊的制造是一个难题，而抛光辊的刚性层，直接与工件表面接触，它的质量及性能直接影响抛光生产的材料去除率和表面质量等，但目前，还没有有关固结磨料Ro 11-to-Ro 11化学机械抛光辊的制造方面的文献报道，更没有关于固结磨料Roll-to-Roll化学机械抛光辊刚性层制造方面的报道。
[0009]目前，Roll-to-Roll游离磨料化学机械抛光技术存在的具体问题如下:
(I )Roll-to-Roll抛光机采用传统的游离磨料化学机械抛光技术对超薄柔性衬底材料进行抛光时，造成游离磨粒在抛光辊和工件之间分布的不均匀性，使工件各部分的材料去除率不一致，影响表面平整度。(2)由于抛光液中含有磨料，抛光后一部分磨粒会镶嵌在工件表面，不易清洗。(3)由于抛光液成分复杂，抛光后工件表面残留抛光液的清除是CMP后清洗的难题。(4)固结磨料抛光辊在抛光时表面易产生塑性变形，其表面逐渐变得光滑或微孔堵塞，使其容纳抛光液和排除废肩的能力降低，导致材料去除率随时间下降。需要不断地修整和湿润抛光垫以恢复其表面粗糙度和多孔性，造成效率低。
[0010]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种加工效率高、磨料利用率高的Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的刚性层及其制备方法。
[0011]本发明的技术方案是，一种Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的刚性层，其特征在于:其组分与重量百分比的比例如下:
磨料0.5%~10%，
光固化树脂5%?45%，
活性稀释剂5%?41%，
光引发剂4%?7%，
促进剂0.05%?5%，
表面性能调节剂0.05%?3%，
辅助剂0.05%~5%，
填料1%~4%，
颜料0.02%。
[0012]
所述的磨料为白刚玉微粉、碳化硅微粉、二氧化铈微粉或金刚石微粉中的一种或二种混合物，这些微粉的粒径是50nm~56 μ m。
[0013]所述的光固化树脂为改性环氧丙烯酸脂、官能度大于3的聚氨酯丙烯酸酯、官能度大于3的聚酯丙烯酸酯中的一种或两种的混合物。
[0014]所述的活性稀释剂为季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或两种的混合物。
[0015]所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2，4，6_三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的一种或两种的混合物。
[0016]所述的促进剂为聚二甲基硅油、改性聚硅氧烷中的一种或两种的混合物。
[0017]所述的表面性能调节剂为硬脂酸铝、桐油、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的一种或两种的混合物。
[0018]所述的辅助剂为2，6- 二叔丁基对甲苯酚。
[0019]所述的填料为白炭黑、高岭土、滑石粉、硅藻土中的一种或两种的混合物。
[0020]一种Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的刚性层的制备方法，其特征是它包括以下步骤:
(1)准备若干玻璃器皿及搅拌器，
(2)按一定的质量比例称量好所选磨粒、光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂、促进剂、表面性能调节剂、填料、辅助剂、颜料，待用；
(3)将刚性层光固化模具安装在已光固化好弹性层的抛光辊上；
(4)首先将称量好的光固化树脂倒入搅拌器内，然后倒入磨料，搅拌均匀，再倒入活性稀释剂、光引发剂、促进剂、表面性能调节剂、填料、辅助剂、颜料，充分搅拌混合均匀，成为含磨粒的混合物；
(5)将步骤(4)制成的混合物倒入步骤(3)所安装好的刚性层光固化模具内，并充分充满模具内表面与弹性层之间的空隙；
(6)将步骤(5)的模具及抛光辊一起安装到固结磨料光固化机上；
(7)开机按照如下的光固化机的固化参数:调整抛光棍轴驱动电机转速为50r/min、模具上表面距光源20mm、回转工作台电机转速为50r/min、定时器设置5分钟，进行光固化；
(8)待光固化机停止运行后，等待5分钟，取出光固化好的抛光辊，即可使用；
(9)如果必要时，可以在刚性层外面再固化一层刚性层。
[0021 ] 模具的材料可选择为无机透明玻璃材质。
[0022]本发明的有益效果:
本发明可实现:
(I)该固结磨料抛光辊的刚性层保证了加工对象的表面平整度、材料去除率。
[0023](2)该固结磨料抛光辊含磨料刚性层的外表面，可以通过刚性层光固化模具(见图
2)固化成不同的形状，如圆柱凸台阵列形状、方形网格阵列形状等，不同的凸台尺寸、网格尺寸可以通过模具来实现，实现高效高性能加工。
[0024](3)固结磨料抛光垫的刚性层与弹性层之间不需要粘接剂，采取分层固化就能实现每层之间的粘接。
[0025](4)用固结磨料抛光辊进行超薄柔性衬底材料的Roll-to-Roll化学机械抛光时，抛光液中不含磨料，抛光液成份变得简单，抛光后工件表面清洗简单，另外，由于抛光液中没有磨料，使工件