高效蓝宝石精磨方法及精磨液的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 蓝宝石是一种成分为a-Al203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。
[0003] 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.Oum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.Oum。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。
[0004] -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。
[0005] 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.Sum)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】
[0006] 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。
[0007] 为达到上述功能，本发明提供的技术方案是：
[0008] -种精磨液，所述精磨液由以下组分组成：
[0009] 超细高硬度微粉：10~15wt% ;
[0010] 分散剂：0? 1 ~1. 5wt% ;
[0011] 粉末润滑剂：1~5wt% ;
[0012] 余量为去离子水；
[0013] 所述粉末润滑剂为石墨或六方氮化硼。
[0014] 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。
[0015] 优选地，所述超细高硬度微粉为碳化硼或碳化硅。
[0016] 优选地，所述超细高硬度微粉的中位粒径D50为0. 2~1. 6ym。
[0017] 优选地，所述粉末润滑剂的中位粒径D50为0. 1~1ym。
[0018] 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。
[0019] 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肩以流体的形式带走；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】
[0020] 一、配方
[0021] 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。
[0022] 表1.本发明提供的精磨液配方
[0023]
[0024] 二、研磨方法
[0025] 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。
[0026] 三、实验条件
[0027] 研磨设备：18B研磨机；
[0028] 蓝宝石晶片直径：〇 =5cm;
[0029] 蓝宝石类型：A向，晶面光亮平整的蓝宝石；
[0030]研磨压力：90g/cm2;
[0031] 机头转速：20rpm。
[0032] 四、检测设备
[0033] 粗糙度：粗糙度测试仪；
[0034] 厚度：旋钮式千分尺。
[0035]五、评价：
[0036] 研磨下尺寸速率评价：
[0037] 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；
[0038] 粗糙度评价：表面粗糙度Ra。
[0039] 表2.用不同配方处理第一盘蓝宝石晶片的典型结果
[0040]
[0041] 表3.碳化硼水砂浆处理第一盘蓝宝石晶片的典型结果
[0042]
[0043] 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.lum，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。
[0044] 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
[0045] 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.lum/min以上。相比之下，W1. 5碳化硼水砂衆在处理完5盘后，切削速率降至0. 03um/min 以下，基本无切削力度。
[0046] 表4.不同配方处理蓝宝石晶片的寿命对比（微米/分钟）
[0047]
[0048] 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）
[0049]
[0050] 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。
【主权项】
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：1〇~15wt% ; 分散剂：〇? 1~I. 5wt% ; 粉末润滑剂~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~I. 6 u m〇5. 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~ I U m〇6. -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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】B24B37/00, C09G1/02
【公开号】CN105038607
【申请号】CN201510337637
【发明人】朱联烽, 田多胜
【申请人】东莞市中微纳米科技有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月16日