大尺寸a向蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加工方法。
【背景技术】
[0002] 蓝宝石（?-ΑΙ20;)晶体是现代工业重要的基础材料，目前已经广泛应用于光电 子、微电子、光学、激光、超导、国防等领域。由于其晶体莫氏硬度达到9级，是世界上硬度仅 次于金刚石的晶体材料，耐磨损能力强，不易被划伤；由于其化学性质稳定，常温下很难发 生化学反应。这些优秀的物理化学性质，使蓝宝石非常适合用作手机屏幕。但同时，由于其 硬度高导致加工难度大、加工工艺复杂、加工成本高。普通的加工工艺还不能完全满足蓝宝 石作为手机屏幕的需求。
【发明内容】
[0003] 发明目的：本发明的目的是为了克服现有蓝宝石手机屏加工质量低、加工成本高 等问题。通过大量实验筛选，提供一种新的双面研磨双面抛光蓝宝石手机屏加工技术，该工 艺能够加工出尺寸达10英寸的蓝宝石手机屏。同时简化蓝宝石手机屏的加工工序、提高加 工质量、降低加工成本。
[0004] 技术方案：为了实现以上目的，本发明所采用的主要技术方案为：
[0005] -种大尺寸蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加工方法，它包括以下步 骤：
[0006] (1)定向：选择蓝宝石晶体耐磨性较好的蓝宝石A面，进行定向，保证切出的手机 屏是A向面；
[0007] (2)切片：根据手机屏幕的形状尺寸，对蓝宝石晶体切片，切片后的蓝宝石晶体厚 度比手机屏幕厚50~70微米，长度、宽度尺寸与手机屏幕一致；
[0008] (3)双面研磨：采用双面研磨设备对切片好的蓝宝石晶体进行双面研磨；
[0009] (4)清洗：采用超声波清洗机对步骤（3)研磨后的手机屏清洗；
[0010] (5)退火处理：采用高温退火炉进行退火，去除蓝宝石手机屏内部应力；
[0011] (6)双面抛光：采用双面抛光设备进行化学机械抛光，使抛光后蓝宝石手机屏表 面没有划痕、粗糙度为〇. 2纳米、厚度均匀性在I. 0微米以内；
[0012] (7)清洗：采用超声波清洗机对抛光后的手机屏清洗；
[0013] (8)打孔：采用激光打孔机进行打孔，打孔机功率250~1000W ;
[0014] (9)倒角：采用倒角机对手机屏进行边缘倒角；
[0015] (10)清洗：采用去离子水用超声波清洗机对倒角后的手机屏清洗；清洗5~20分 钟；
[0016] (11)镀膜：采用真空镀膜机对手机屏进行镀膜。
[0017] 作为优选方案，以上所述的大尺寸蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加 工方法，所述的步骤（3)双面研磨具体操作方法为：
[0018] (3-1)配制双面研磨研磨液，取下列各原料按重量百分比配制：十六烷基三甲 基溴化铵：3% -25% ;肌醇六磷酸酯：2% -8% ;二乙醇胺：1% -18% ;有机硅消泡剂： 0.3% -2 % ;其余是去离子水；
[0019] (3-2)将含有金刚石磨料的研磨料垫粘贴在研磨盘上，所述的金刚石磨料粒度在 wl~w7之间；
[0020] (3-3)将贴在上研磨盘上的研磨垫进行挖孔，供研磨液流通；
[0021] (3-4)调整研磨压力：300 ~400g/cm2;
[0022] (3-5)调整电机带动研磨盘的转速：20~80rpm ;
[0023] (3-6)调整研磨时间：10~60min，研磨温度：25°C ±5°C ;
[0024] (3-7)将蓝宝石手机屏放置在两块研磨盘中间，手机屏由游星轮固定并驱动旋转， 游星轮带动手机屏进行自转，与研磨盘相对运动进行研磨。经过双面研磨后蓝宝石手机屏 厚度减薄约50微米，粗糙度为0. 3~1微米左右，厚度均匀性在0. 5~5微米以内，表面无 明显划痕，获得镜面研磨效果。
[0025] 作为优选方案，以上所述的大尺寸蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加 工方法，所述的步骤（4)清洗步骤为，采用去离子水，用超声波清洗机对研磨后的手机屏清 洗，清洗时间为5~20分钟，去除研磨后手机屏表面的研磨颗粒。
[0026] 作为优选方案，以上所述的大尺寸蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加 工方法，所述的步骤（5)采用高温退火炉进行退火，去除蓝宝石手机屏内部应力，退火处理 的温度为1300~1600°C，退火处理的时间为5~15小时。
[0027] 作为优选方案，以上所述的大尺寸蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加 工方法，所述的步骤（6)双面抛光具体操作工艺参数如下：
[0028] (6-1)将含有沟槽的抛光垫粘贴在抛光盘上，所述沟槽为XY型沟槽，所述的槽宽 1mm~2Ctam,槽深1臟~10mm，槽间距ICtam~50mm ;
[0029] (6-2)将贴在上抛光盘上的抛光垫进行挖孔，供研磨液流通；
[0030] (6-3)双面抛光抛光液由溶胶型SiO2，聚氧乙烯酰胺，橄榄油，醇胺，过氧化氢，去 离子水组成（其中溶胶型SiO 2的体积分数10%~40%，聚氧乙烯酰胺的体积分数0. 1 %~ 1 %，橄榄油的体积分数1 %~5 %，醇胺的体积分数0. 01 %~0. 5 %，过氧化氢的体积分数 2%~8% ;其余为去离子水）；
[0031] (6-4)所述抛光液中SiO2微粒直径为30~80纳米；抛光液的pH为10~12 ;
[0032] (6-5)调整抛光盘转速为：20~80rpm ;
[0033] (6-6)调整抛光液流量：200~300rpm ;
[0034] (6-7)调整抛光时间：60~240min ;
[0035] (6_8)调整抛光压力：3〇0 ~400g/cm2
[0036] (6-9)调整抛光温度：30°C ±5°C ;
[0037] (6-10)将蓝宝石手机屏放置在两块抛光盘中间，手机屏由游星轮固定并驱动旋 转，游星轮带动手机屏进行自转，与抛光盘相对运动进行抛光。经过双面抛光后蓝宝石手机 屏厚度均匀性在〇. 5~5微米以内、抛光面粗糙度（RMS) < 0. 2纳米，表面无明显划痕，获 得超光滑表面。
[0038] 作为优选方案，以上所述的大尺寸蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加 工方法，所述的步骤（7)具体清洗工艺如下：
[0039] (7-1)先放置在乙醇中，用超声方法去蜡，时间10~20min ;
[0040] (7-2)再使用臭氧与氮气的混合气体鼓泡冲洗，去除手机屏残留磨粒、表面活性剂 杂质，时间10~20min ;
[0041] (7-3)再使用体积分数为1 %的吐温-80溶液用超声清洗，时间5~IOmin ;
[0042] (7-4)最后使用去离子水清洗，时间5~lOmin。
[0043] 作为优选方案，以上所述的大尺寸蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加 工方法，所述的步骤（9)倒角处理方法为采用倒角机对手机屏进行边缘倒角，采用45度角 金刚石倒角砂轮，砂轮转速为400~1000 rpm,砂轮进给速度为5~10mm/min。倒角时间 5 ~lOmin。
[0044] 作为优选方案，以上所述的大尺寸蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加 工方法，所述的步骤（11)镀膜处理方法为：采用真空镀膜机对手机屏进行镀膜，真空中进 行增透膜涂覆，手机屏温度100~500°C。
[0045] 本发明通过大量实验筛选，优选出最佳的双面研磨、双面抛光、清洗、退火处理和 镀膜等工艺步骤以及最佳的工艺参数。在蓝宝石晶体定向切片后，首先采用双面研磨方法 提高平面度、减少表面划痕、降低粗糙度，可达到精密加工要求；然后对研磨后的手机屏进 行优选方法的清洗和退火加工处理；退火后采用化学机械抛光双面抛光进一步提高平面 度、去除表面划痕、降低粗糙度，可达到超精密加工要求；最后对手机屏进行打孔、倒角、清 洗和镀膜加工处理。可大大提高蓝宝石手机屏质量，节省加工时间，降低蓝宝石手机屏加工 成本。
[0046] 有益效果：本发明和现有技术相比具有以下优点：
[0047] 本发明提供的大尺寸蓝宝石手机屏双面研磨双面抛光高效超精密加工方法，通过 大量实验筛选得到最佳的加工工艺和各步骤的最佳参数，包括包括抛光液的组成。本发明 可以简化大尺寸（10英寸）蓝宝石手机屏幕的制造工艺，有效得消除表层的加工应力、消除 机械加工损伤层，获得表面晶格完整、平整度< 5微米、抛光面粗糙度（RMS) < 0. 2纳米的 超光滑表面，该工艺加工质量好、成本低、效率高，相比现有技术取得了非常好的技术进步。
【附图说明】
[0048] 图1为本发明提供的双面研磨步骤的结构示意图。
[0049] 图2为本发明提供的双面研磨步骤的结构示意图。
[0050] 图3为本发明提供的双面抛光步骤的结构示意图