一种大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法
【专利摘要】本发明涉及一种大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法，将经双面研磨后的蓝宝石衬底片放入旋转加工台的工件位中，利用喷射处理装置将碳化硼粉末喷射到蓝宝石衬底片的加工面上以达到所需的粗糙度。其中工件位的孔深大于蓝宝石衬底片的厚度0.5mm～1mm；旋转加工台以逆时针方向旋转，转速在20rpm～50rpm；喷枪设置在90°、180°和270°三个位置，且分别以30～60次/min的速度来回移动；喷枪口径为10mm～20mm；喷枪喷射压力为0.12MPa～0.60MPa；碳化硼粉末为#120～#320。本发明优势主要面内粗糙度偏差小、稳定性高，可有效的避免背面不良问题，提高加工效率和降低加工成本。
【专利说明】一种大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体照明【技术领域】，特别是涉及一种大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法。
【背景技术】
[0002]蓝宝石单结晶(Sapphire)，分子式为Al2O3，蓝宝石晶体硬度很高，为莫氏硬度9级，仅次于最硬的金刚石。它具有很好的透光性，热传导性和电气绝缘性，力学机械性能好，并且具有耐磨和抗风蚀的特点。蓝宝石晶体的熔点为2050°C，沸点3500°C，最高工作温度可达1900°C。目前，蓝宝石晶体作为一种重要的技术晶体，已被广泛地应用于科学技术、国防与民用工业、电子技术的许多领域。比如透红外窗口材料，微电子领域的衬底基片，激光基质、光学元件及其它用途等。
[0003]对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点:首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。
[0004]蓝宝石衬底作为目前最为普遍的一种衬底材料，其背面粗糙度的均一性对透光率和发光效率有着不可忽视的影响。而且传统的只是通过双面研磨加工背面粗糙度的工艺对于有效解决蓝宝石衬底片的背面不良问题和降低加工成本问题显得力不从心。随着光电技术的飞速发展，对于蓝宝石衬底的需求量也随之日益增加；更重要的是逐渐趋向于大尺寸蓝宝石衬底片。为了满足产业发展的需求，本发明人就此做了大量的工作，着力解决蓝宝石衬底片特别是大尺寸蓝宝石衬底片的背面粗糙度的加工方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法，有效解决大尺寸蓝宝石衬底片的背面不良问题并降低加工成本。
[0006]本发明解决技术问题的技术方案是，一种大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，将经双面研磨后的蓝宝石衬底片放入旋转加工台的工件位中，利用喷射处理装置将碳化硼粉末喷射到蓝宝石衬底片的加工面上以达到所需的粗糙度，具体包括:
⑴所述工件位的孔深大于蓝宝石衬底片的厚度0.5mm?Imm,以保证蓝宝石衬底片在被加工时的稳定性；
⑵旋转加工台以逆时针方向旋转，转速在20rpm?50rpm ；
(3)碳化硼粉末喷枪设置在90°、180°和270°三个位置，而且分别以30?60次/min的速度来回移动，以保证蓝宝石衬底片被加工面粗糙度的均一性；
(4)碳化硼粉末喷枪的枪口口径为IOmm?20mm ；
(5)碳化硼粉末喷枪的喷射压力为0.12 MPa?0.60MPa ； (6)碳化硼粉末为#120?#320。
[0007]作为一种优选，所述的喷射压力通过直接调整喷枪压力来调整。
[0008]作为一种优选，所述的喷射压力通过调整喷枪与蓝宝石衬底片之间的距离来调整，所述喷枪与蓝宝石衬底片之间的距离为5mm?100mm。
[0009]作为一种优选，所述的喷射压力通过调整喷枪与蓝宝石衬底片的角度来调整，所述喷枪与蓝宝石衬底片的角度即喷射角度为1°?90°。
[0010]本发明是通过喷射处理装置和碳化硼粉末来加工调整大尺寸蓝宝石衬底片的背面粗糙度。使用的喷射材料为#120?#320的B4C (碳化硼)粉末。喷砂处理的具体条件可以根据目标粗糙度来设定。喷砂处理加工调整大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度是利用喷射材料的喷射运动，对蓝宝石衬底片表面进行打削以达到被加工面的目标粗糙度。这种喷砂处理加工调整大尺寸蓝宝石衬底片的面粗糙度不会对其翘曲度造成影响。
[0011]加工过程中，需要加工的蓝宝石衬底片放入旋转加工台的工位中，旋转加工台作旋转运动，设置在90°、180°和270°的3个位置的喷枪的来回移动，将喷射材料均匀的喷射到被加工的蓝宝石衬底片上。通过调整喷枪来回移动的速度，保证蓝宝石衬底片被喷射的时间以达到最终粗糙度的均一性。喷射材料的喷射压力在0.12MPa?0.60MPa的范围内根据目标粗糙度进行调整并最适化；喷射时间和喷射量也可以根据目标粗糙度进行调整并设定。
[0012]喷枪从旋转加工台外周向中心移动，再从旋转加工台的中心移动到外周，是喷枪喷射的I个来回，根据蓝宝石衬底片需加工面的状态，喷枪的来回移动速度可在30?60次/min的范围内进行调整。对于喷射压力，可以通过调整喷枪与蓝宝石衬底片之间的距离(优选为5mm?100mm)或喷枪与蓝宝石衬底片的角度即喷射角度(优选为1°?90° )来进行调整；也可以直接对喷枪的喷射压力进行调整。
[0013]本发明特别适用于>6英寸的大尺寸蓝宝石衬底片的背面粗糙度的加工，本发明的优势:一是相对于传统的只是通过双面研磨加工粗糙度的工艺，具有面内粗糙度偏差小、稳定性高的特点；二是可以有效的避免因为双面研磨而产生的背面不良问题；三是在前道的双面研磨过程中，可以使用3 μ m?50 μ m的碳化硼细粉加工，这样可以减少后续的单面研磨和抛光的去除量，从而提高加工效率和降低加工成本。
【具体实施方式】
[0014]将经采用3 μ m?50 μ m的碳化硼细粉进行双面研磨后的蓝宝石衬底片放入旋转加工台的工件位中，利用喷射处理装置将碳化硼粉末喷射到蓝宝石衬底片的加工面上以达到所需的粗糙度。并根据需加工的蓝宝石衬底片的面的目标粗糙度要求，选择适当的加工条件如下:
①喷射材料使用#220号的B4C(碳化硼)粉末；
②使用喷枪枪口口径15mm;
③喷射压力为0.2MPa ；
④喷枪的来回移动速度设为45次/min；
⑤加工台的转速为40rpm。
[0015]加工结果:平均粗糙度Ra0.70 μ m?0.80 μ m ;面内偏差为0.10 μ m。[0016]大尺寸蓝宝石衬底片的粗糙度喷砂处理所用得喷射材料的粒径大小通过以下试验结果决定:关于喷砂处理用喷射材料(粉末)，蓝宝石衬底片的一般客户对背面粗糙度的要求在0.2μηι?1.2μηι的范围内。通过试验证明，使用比#120号更粗的B4C (碳化硼)粉末加工时，蓝宝石衬底片的背面粗糙度> 1.2 μ m ;使用比#320号更细的B4C (碳化硼)粉末加工时，蓝宝石衬底片的背面粗糙度< 0.2 μ m。因此，作为蓝宝石衬底片背面粗糙度加工调整用的喷射材料，采用#120?#320的B4C (碳化硼)粉末。
【权利要求】
1.一种大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，将经双面研磨后的蓝宝石衬底片放入旋转加工台的工件位中，利用喷射处理装置将碳化硼粉末喷射到蓝宝石衬底片的加工面上以达到所需的粗糙度，具体包括: ⑴所述工件位的孔深大于蓝宝石衬底片的厚度0.5mm?Imm,以保证蓝宝石衬底片在被加工时的稳定性； ⑵旋转加工台以逆时针方向旋转，转速在20rpm?50rpm ； ⑶碳化硼粉末喷枪设置在90°、180°和270°三个位置，而且分别以30?60次/min的速度来回移动，以保证蓝宝石衬底片被加工面粗糙度的均一性； (4)碳化硼粉末喷枪的枪口口径为IOmm?20mm ； (5)碳化硼粉末喷枪的喷射压力为0.12 MPa?0.60MPa ； (6)碳化硼粉末为#120?#320。
2.根据权利要求1所述的大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，所述的喷射压力通过直接调整喷枪压力来调整。
3.根据权利要求1所述的大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，所述的喷射压力通过调整喷枪与蓝宝石衬底片之间的距离来调整，所述喷枪与蓝宝石衬底片之间的距离为5mm?100mm。
4.根据权利要求1所述的大尺寸蓝宝石衬底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，所述的喷射压力通过调整喷枪与蓝宝石衬底片的角度来调整，所述喷枪与蓝宝石衬底片的角度即喷射角度为1°?90°。
【文档编号】B24C1/00GK103909475SQ201410130482
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】归欢焕, 段金柱, 潘振华, 王勤峰, 姚志炎, 樊志远, 庄林海 申请人:天通控股股份有限公司