一种氧化镓单晶用的研磨垫及其制备方法与流程

本发明涉及氧化剂单晶研磨用品领域，具体涉及一种氧化镓单晶用的研磨垫及其制备方法。

背景技术：

应用氧化镓单晶（β-Ga₂O₃）为衬底制备白色LED首次展出时间为2013年初，氧化镓是一种新型的宽禁带半导体材料，物化性能稳定，十分适合于半导体照明产业的应用。但是氧化镓存在较强的解理属性，在机械加工过程中晶体表面容易发生解理断裂，其中解理现象的发生主要集中在超精密研磨阶段，最终导致目标产品的加工失败。由于氧化镓是新型晶体材料，目前文献上关于该材料的加工工艺介绍很少，因此如何有效快速的实现氧化镓的超精密研磨是本发明重点关注的内容。

目前，氧化镓的精研磨可以通过游离磨料的方式进行，即使用研磨膏和丝绸研磨垫相结合的方式精密加工氧化镓，但是该方案需要在加工氧化镓的过程中将研磨膏定期涂抹于丝绸之上，这将明显增加工人的工作量，此外，研磨膏和研磨垫也需要分类保存。使用固结磨料研磨垫的精密加工晶体材料的工艺方案也是未来的一种趋势，但是市面上常见研磨垫的制作工艺较复杂和原材料成本交昂贵，关键是该研磨垫主要适用于蓝宝石等传统硬脆晶体材料的加工，需要注意的是蓝宝石等材料在加工过程中不发生解理现象；因此，上述两种加工方案处理氧化镓单晶时都有值得改进的地方。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氧化镓单晶用的研磨垫及其制备方法，该研磨垫提高了研磨效率，避免产生大的划痕。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种氧化镓单晶用的研磨垫，由下而上依次包括研磨垫布基和研磨层，所述研磨层由树脂胶、磨料与水溶性研磨助剂混合而成。。

作为氧化镓单晶用的研磨垫优选的是，所述研磨垫布基为丝绸布料。

作为氧化镓单晶用的研磨垫优选的是，所述研磨垫布基为真丝弹力双乔或弹力素绉缎。

作为氧化镓单晶用的研磨垫优选的是，所述树脂胶由INTAN TP 340(水溶性丙烯酸聚合物树脂)混合PUR WX 1418(水性芳香族聚氨酯树脂)或RPU 069（水乳液型聚氨酯树脂）中任意一种或两种。

作为氧化镓单晶用的研磨垫优选的是，所述磨料为金刚石微粉，粒径为0.5-3微米，型号规格为W1-W3。

作为氧化镓单晶用的研磨垫优选的是，所述水溶性研磨助剂包括赋形剂、界面活性剂和增稠剂。

作为赋形剂优选的是，所述赋形剂为山梨糖醇、丙三醇、聚乙二醇PEG-200、聚乙二醇PEG-400、聚乙二醇PEG-600、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇-1500、PEG-2000、PEG-3000、聚丙二醇、聚甘油-10或脂肪酸单甘油酯中的任意一种或两种以上混合物。

作为界面活性剂优选的是，所述界面活性剂为脂肪酰胺磺基琥珀酸单酯、N-月桂酰基肌氨酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸钠、二辛基磺基琥珀酸二钠、二-2-乙基己基磺基琥珀酸钠、月桂基硫酸钠、月桂基硫酸钾、十二烷基苯硫酸盐、α- 烯烃磺酸盐、木质素磺酸盐、全氟丁烷磺酸盐、直链脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、异构十碳醇聚氧乙烯醚、异构十三碳醇聚氧乙烯醚或硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚中的任意一种或两种以上混合物。

作为增稠剂优选的是，所述增稠剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素卡拉胶、黄原胶、羟丙基瓜尔胶、卡波姆等中的任意一种或两种以上混合物。

上述氧化镓单晶用的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计称取树脂胶25%-40%、磨料5%-10%、水溶性研磨助剂30%-40%、余量为去离子水；

步骤3，将上述材料组分按合适比例称取，依次加入树脂胶、研磨助剂和磨料、去离子水搅拌均匀得第一混合物；

步骤4，将第一混合物均匀喷涂于研磨垫布基表面，获得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品烘干即得成品研磨垫。

作为制备方法优选的是，步骤4中研磨层的厚度为2-8微米。

作为制备方法优选的是，步骤5中烘干温度为80-120℃。

有益效果

本发明制备方法简单易行，研磨垫构成中含磨粒的黏弹性系统，可以有效避免加工过程中氧化镓由于研磨时应力集中而发生表面解理，而水溶性丙烯酸聚合物树脂胶的使用保证了研磨垫的“自修整”功能的实现，即研磨垫在使用过程中逐步缓慢实现磨粒的露出与脱落，其中树脂胶为增强黏性，实现磨料的可靠吸附，防止其在研磨过程中的过快流失，还可有效地避免了磨料的游离脱落或磨料完全固化于树脂胶中无法动弹，进而提高了磨料的使用效率，避免因磨料的划擦产生大的解理凹坑。

附图说明

图1为粒径规格为W3的研磨垫研磨前晶面三维形貌；

图2为粒径规格为W3的研磨垫研磨后晶面三维形貌；

图3为粒径规格为W1.5的研磨垫研磨前晶面三维形貌；

图4为粒径规格为W1.5的研磨垫研磨后晶面三维形貌；

图5为粒径规格为W1的研磨垫研磨前晶面三维形貌；

图6为粒径规格为W1的研磨垫研磨后晶面三维形貌。

具体实施方式

实施例1

一种氧化镓单晶用的研磨垫，由下而上依次包括弹力素绉缎，混合磨粒胶层，所述混合磨粒胶层由树脂胶、W3的金刚石微粉和水溶性研磨助剂混合而成。

上述氧化镓单晶用的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选弹力素绉缎作为研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取水溶性树脂INTAN TP 340 30%、磨料10%、PEG-1000 5%、烷醇酰胺1.5%、卡波姆2%，余量为去离子水；

步骤3，将上述材料组分按合适比例称取，依次加入树脂胶、研磨助剂和磨料、去离子水搅拌均匀得第一混合物；

步骤4，将第一混合物均匀喷涂于研磨垫布基表面得8微米混合磨粒胶层，获得研磨垫半成品

步骤4，将研磨垫半成品80℃下烘干即得成品研磨垫。

使用该研磨垫，在精密研磨机上研磨氧化镓衬底基片，使用基恩士三维形貌仪观察晶面形貌，研磨前晶片表面形貌如图1所示，研磨后晶片表面形貌如图2所示，结果表明晶片的表面粗糙度由296nm降至115nm，表面的解理现象得到明显缓解。

实施例2

一种氧化镓单晶用的研磨垫，由下而上依次包括真丝弹力双乔，混合磨粒胶层，所述混合磨粒胶层由树脂胶、W1的金刚石微粉和水溶性研磨助剂混合而成。

上述氧化镓单晶用的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选真丝弹力双乔作为研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取水溶性树脂胶INTAN TP 340 25%和PUR WX 1418 10%、磨料5%、PEG-800 5%、烷醇酰胺1%、卡波姆1%,余量为去离子水；

步骤3，将上述材料组分按合适比例称取，依次加入树脂胶、研磨助剂和磨料、去离子水搅拌均匀得第一混合物；

步骤4，将第一混合物均匀喷涂于研磨垫布基表面得2微米的混合磨粒胶层，获得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品100℃下烘干即得成品研磨垫。

使用该研磨垫，在精密研磨机上研磨氧化镓衬底基片，使用基恩士三维形貌仪观察晶面形貌，结果表明晶片的表面粗糙度由286nm降至45nm，表面的解理现象得到显著改善。

实施例3

一种氧化镓单晶用的研磨垫，由下而上依次包括真丝弹力纺，混合磨粒胶层，所述混合磨粒胶层由树脂胶、W1.5的金刚石微粉和水溶性研磨助剂混合而成。

上述氧化镓单晶用的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选真丝弹力纺作为研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取水溶性树脂胶INTAN TP 340 30%、PUR WX 1418 10%、RPU 069 5%、磨料10%、PEG-600为 5%、脂肪酰胺磺基琥珀酸单酯1%、卡波姆1%,余量为去离子水；

步骤3，将上述材料组分按合适比例称取，依次加入树脂胶、研磨助剂和磨料、去离子水搅拌均匀得第一混合物；

步骤4，将第一混合物均匀喷涂于研磨垫布基表面得5微米的混合磨粒胶层，获得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品90℃下烘干即得成品研磨垫。

使用该研磨垫，在精密研磨机上研磨氧化镓衬底基片，使用基恩士三维形貌仪观察晶面形貌，研磨前晶片表面形貌如图3所示，研磨后晶片表面形貌如图4所示，结果表明晶片的表面粗糙度由271nm降至65nm，表面的解理现象得到显著缓解。

实施例4

一种氧化镓单晶用的研磨垫，由下而上依次包括真丝弹力纺，混合磨粒胶层，所述混合磨粒胶层由树脂胶、W1.5的金刚石微粉和水溶性研磨助剂混合而成。

上述氧化镓单晶用的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选真丝弹力纺作为研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取水溶性树脂胶INTAN TP 340 20%、PUR WX 1418 5%、RPU 069 15%、磨料10%、PEG-600 3%、脂肪酰胺磺基琥珀酸单酯2%、卡波姆5%,余量为去离子水；

步骤3，将上述材料组分按合适比例称取，依次加入树脂胶、研磨助剂和磨料、去离子水搅拌均匀得第一混合物；

步骤4，将第一混合物均匀喷涂于研磨垫布基表面得3微米的混合磨粒胶层，获得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品90℃下烘干即得成品研磨垫。

使用该研磨垫，在精密研磨机上研磨氧化镓衬底基片，使用基恩士三维形貌仪观察晶面形貌，结果表明晶片的表面粗糙度由261nm降至55nm，表面的解理现象得到显著缓解。

实施例5

一种氧化镓单晶用的研磨垫，由下而上依次包括弹力素绉缎，混合磨粒胶层，所述混合磨粒胶层由树脂胶、W1的金刚石微粉和水溶性研磨助剂混合而成。

上述氧化镓单晶用的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选弹力素绉缎作为研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取水溶性树脂胶INTAN TP 340 30%和RPU 069 10%、磨料5%、PEG-400 5%、脂肪酰胺磺基琥珀酸单酯1%、卡波姆1.5%,余量为去离子水；

步骤3，将上述材料组分按合适比例称取，依次加入树脂胶、研磨助剂和磨料、去离子水搅拌均匀得第一混合物；

步骤4，将第一混合物均匀喷涂于研磨垫布基表面得3微米的混合磨粒胶层，获得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品120℃下烘干即得成品研磨垫。

使用该研磨垫，在精密研磨机上研磨氧化镓衬底基片，使用基恩士三维形貌仪观察晶面形貌，研磨前晶片表面形貌如图5所示，研磨后晶片表面形貌如图6所示，结果表明晶片的表面粗糙度由251nm降至40nm，表面的解理现象得到显著缓解。