一種雙面拋光藍寶石晶片的加工方法
【專利說明】
[0001](一)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種藍寶石晶片的加工方法，具體涉及一種用于窗口材料的雙面拋光藍寶石晶片的加工方法。
[0002](二)
【背景技術(shù)】
藍寶石單晶由于具有硬度高、耐磨性好、脆性大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點，對它的精密、超精密加工非常困難。為了得到超光滑表面，目前常用的藍寶石晶片表面加工過程主要采用機械研磨結(jié)合化學(xué)機械拋光的方法。
[0003]藍寶石晶片機械研磨的目的是去除晶片在多線切割過程中產(chǎn)生的表面/亞表面損傷層，修正晶片的幾何厚度，改善晶片表面的平整度、粗糙度和翹曲度。為了提高晶片機械研磨的效率和減少機械研磨后晶片表面損傷層的厚度，一般采用粗、細研磨相結(jié)合的方法。
[0004]傳統(tǒng)的機械研磨方法存在加工效率低、亞表面損傷大、容易碎邊等現(xiàn)象，嚴重影響晶片后續(xù)的加工及使用。所以亟需找到一種可獲得高效率、優(yōu)質(zhì)表面的加工工藝路線解決以上問題。
[0005]濕法腐蝕利用化學(xué)腐蝕液浸泡晶體達到去除晶體表面物質(zhì)的目的，工藝過程較為簡單易行、成本較低。目前濕法腐蝕主要用來觀察晶體內(nèi)位錯腐蝕坑的形貌和計算位錯密度，這主要是利用了存在缺陷損傷處的晶體組織在化學(xué)腐蝕過程中反應(yīng)速率較晶體結(jié)構(gòu)完整處快的特點。濕法腐蝕可通過改變腐蝕時間、腐蝕溫度等工藝參數(shù)來達到預(yù)期的腐蝕效果，并且腐蝕溫度越高，達到相同的腐蝕效果所需腐蝕時間越短。此外腐蝕速度受反應(yīng)速度和擴散速度共同影響。反應(yīng)速率相對較快的地方，反應(yīng)持續(xù)一段時間后，受擴散作用的影響，這些地方的腐蝕去除速度會逐漸下降，最后低于前期腐蝕去除速度較慢的地方。因此經(jīng)化學(xué)濕法腐蝕可得到表面平整度相對較好的材料。
[0006](三)

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于提供一種優(yōu)化藍寶石雙拋片的加工工藝，縮短加工時間，降低加工成本，提尚廣品成品率的雙面拋光監(jiān)寶石晶片的加工方法。
[0007]本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案實現(xiàn):它包括如下步驟:
(1)多線切割:將藍寶石待加工工件(晶棒或者方塊料)粘貼到固定工裝上，通過工作臺的下降實現(xiàn)工件的進給。通過一根高速運動的鋼線帶動附著在鋼線上的金剛石顆粒對工件進行切割。
[0008](2)晶片退火:將藍寶石切割片通過夾具放置在高溫退火爐內(nèi)，按階梯式升溫模式逐步將爐內(nèi)溫度升至最高溫，即首先勻速升溫5h使?fàn)t內(nèi)溫度達到1000?1100°C，并保溫恒定l~3h ;然后再勻速升溫5h使?fàn)t內(nèi)溫度達到1600?1650°C，并保溫恒定2~5h。降溫工藝為，以不高于120°C /h的降溫速度使?fàn)t內(nèi)溫度從1600?1650°C勻速降至室溫。
[0009](3)晶片化學(xué)濕法腐蝕:將藍寶石退火片和裝有片狀Κ0Η固體顆粒的坩禍同時加熱至290?310°C，保溫使Κ0Η熔化至澄清。將藍寶石晶片置于Κ0Η熔體中，保溫30?50min后立馬取出晶片并自然冷卻至室溫。冷卻后用清水沖洗晶片兩表面5~10min，在超聲振動環(huán)境下先后用體積百分比為0.5%的稀鹽酸清洗晶片10~20min和去離子水清洗5~15min。
[0010](4)晶片外周倒角:將藍寶石腐蝕片置于CNC機臺的夾具上，選取粒徑為30?50 μ m金剛石樹脂砂輪，轉(zhuǎn)速為1000 m/min,倒角量為0.08?0.2mm。
[0011](5)晶片化學(xué)機械拋光:將倒角后的藍寶石晶片按順序擺放入拋光游星輪，以粒度為20~40nm和80~120nm的二氧化硅溶膠按1:1混合制成拋光液，拋光轉(zhuǎn)速、拋光壓力和拋光溫度分別控制在40~60rpm、350~550g/cm2和40~50°C。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
(1)化學(xué)濕法腐蝕的速度和程度可控?？赏ㄟ^改變腐蝕溫度和腐蝕時間達到控制腐蝕去除晶片厚度的目的。
[0013](2)化學(xué)濕法腐蝕去除晶片表面/亞表面損傷層的速度快。同時化學(xué)濕法腐蝕后晶片表面平整度較好，表面損傷層較薄，可降低后續(xù)化學(xué)機械拋光的加工量，提高加工效率尚ο
[0014](3)晶片在化學(xué)濕法腐蝕過程中不會產(chǎn)生新的表面損傷層，可顯著降低整個加工過程中晶片表面的材料去除量，降低切片預(yù)留加工余量，提高材料的利用率；
(4)晶片經(jīng)化學(xué)濕法腐蝕后，表面只存在溶解性能好的Κ0Η，不會發(fā)生傳統(tǒng)研磨工藝中存在的磨料和研磨液對晶片表面的污染問題，因此加工后的晶片易于清洗干凈，只需用清水沖洗和稀鹽酸浸泡即可清洗干凈。
[0015](四)
【附圖說明】
圖1為本發(fā)明雙面拋光藍寶石晶片的加工工藝流程圖；
圖2為藍寶石晶片退火溫度曲線圖。
[0016](五)
【具體實施方式】
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。但并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
[0017]結(jié)合圖1，本實施例提供了一種雙面拋光藍寶石方形晶片的加工方法。所述方法的工藝過程包括:
Ρ1，金剛石多線切割:將藍寶石方塊料(截面為52X52mm的方形)粘貼在固定工裝上，使用直徑為0.22mm的金剛石線鋸進行切片，其中表面金剛石顆粒的中粒徑為30?40nm，切割片的厚度為最終拋光片的厚度加上為后續(xù)腐蝕拋光預(yù)留出的0.08?0.1mm。
[0018]P2，晶片退火:將藍寶石切割片放入高溫退火爐內(nèi)，勻速升溫5h使?fàn)t內(nèi)溫度升至1000°C，保溫2h ;然后再以120°C /h的升溫速度勻速升溫5h，使?fàn)t內(nèi)溫度達到1600°C，保溫3h ;最后勻速降溫16h，使?fàn)t內(nèi)溫度從1600°C降至室溫。
[0019]P3，晶片化學(xué)濕法腐蝕:將退火處理后的晶片和裝有片狀Κ0Η固體顆粒的坩禍同時加熱至310°C。當(dāng)Κ0Η熔體澄清后，將藍寶石晶片放入其中，溫度恒定在310°C并保溫30min，取出晶片后自然冷卻至室溫。然后用清水持續(xù)沖洗晶片兩表面5min，在超聲振動環(huán)境下先后用體積百分比為0.5%的稀鹽酸浸泡晶片15min和去離子水清洗lOmin。
[0020]P4，晶片外周倒角:將藍寶石腐蝕片置于CNC機臺的夾具上，選取粒徑為40 μπι的金剛石樹脂砂輪，砂輪的線速度為1000m/min，倒角量為0.1mm。
[0021]P5，晶片化學(xué)機械拋光:將藍寶石倒角片按順序擺放入拋光游星輪，拋光液采用粒度分別為40nm和llOnm的兩種二氧化娃水溶膠按1:1混合，拋光盤轉(zhuǎn)速控制在45rpm，拋光壓力為450g/cm2，拋光溫度為45 °C。
[0022]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所做的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只限于這些說明。對于具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域基礎(chǔ)知識的人員來講，可以很容易對本發(fā)明進行變更和修改，這些變更和修改都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種雙面拋光藍寶石晶片的加工方法，其特征在于它包括以下步驟:(1)將藍寶石試樣利用金剛石多線切割成藍寶石晶片；(2)將藍寶石切割片進行高溫晶片退火處理；(3)晶片退火后的晶片利用化學(xué)濕法腐蝕去除晶片表面的損傷層；(4)腐蝕后的晶片進行外周倒角；(5)倒角后的晶片利用化學(xué)機械拋光加工成最終產(chǎn)品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙面拋光藍寶石晶片的加工方法，其特征在于步驟(2)所述的晶片退火的具體過程如下:首先以190?210°C /h的恒定升溫速度將退火爐內(nèi)溫度升至1000?1100°C，并保溫1~3小時；然后以120?140°C /h的升溫速度將退火爐內(nèi)溫度升至1600?1650°C，并保溫2~5小時；最后以不高于120°C /h的降溫速度將爐內(nèi)溫度降至室溫。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙面拋光藍寶石晶片的加工方法，其特征在于步驟(3)所述的化學(xué)濕法腐蝕的具體過程如下:首先將藍寶石晶片和盛有固體KOH的容器一起放入加熱爐內(nèi)，加熱使?fàn)t內(nèi)溫度升至290?310°C，并恒溫使KOH熔化至澄清；然后將藍寶石晶片放入KOH熔體中，保溫恒定30?50min后將晶片取出，自然冷卻至室溫；最后將晶片依次經(jīng)清水沖洗5~10min、體積百分比0.5%的稀鹽酸超聲浸泡10~20min和去離子水超聲清洗5~15min04.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙面拋光藍寶石晶片的加工方法，其特征在于步驟(4)所述的外周倒角步驟包括，倒角砂輪采用30?50μηι的金剛石樹脂砂輪，砂輪的線速度1000 m/min，倒角量為 0.08 ?0.2mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙面拋光藍寶石晶片的加工方法，其特征在于步驟(5)所述的化學(xué)機械拋光步驟包括，拋光液采用兩種粒徑的硅溶膠，兩種硅溶膠的中位粒徑分別為20~40nm和80~120nm，磨盤轉(zhuǎn)速為40~60rpm，拋光溫度為40~50°C，壓力為350~550g/2cm ο
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雙面拋光藍寶石晶片的加工方法，主要工藝過程包括：多線切割、晶片退火、晶片化學(xué)濕法腐蝕、晶片外周倒角、晶片化學(xué)機械拋光。采用本發(fā)明方法加工藍寶石晶片，簡化了作業(yè)步驟，使操作更加簡單，可以有效縮短加工周期；在保證晶片厚度和表面質(zhì)量的前提下，可降低切片過程為后續(xù)加工預(yù)留的加工余量，提高晶體的利用率，從而降低藍寶石晶片的生產(chǎn)制造成本。
【IPC分類】B28D5/04, C30B33/10, C30B33/02, B24B9/16, B24B37/04
【公開號】CN105313234
【申請?zhí)枴緾N201510787638
【發(fā)明人】左洪波, 楊鑫宏, 張學(xué)軍, 袁志勇
【申請人】哈爾濱秋冠光電科技有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月17日