藍寶石高效低損傷加工工藝研究.pdf

1、單晶藍寶石是一種多功能晶體材料，除具有優(yōu)良的物理性能、化學性能和光學性外，其還具有透光性好，熔點高，硬度高，電絕緣性優(yōu)良，熱傳導性良好，化學性能穩(wěn)定等特性，在國防、超導、光電子、微電子等領域具有廣泛的應用。無論是用于國防領域的紅外探測器的藍寶石窗口，還是用于LED行業(yè)的藍寶石基片，對藍寶石的加工精度（面型精度、尺寸精度等）和加工表面完整性提出了很高的要求。傳統(tǒng)游離磨料研磨、化學機械拋光藍寶石加工工藝，其加工效率低，加工成本高，加工精度不

2、穩(wěn)定，很難實現(xiàn)自動化等缺點制約了藍寶石晶體加工技術的發(fā)展。因此，研究和開發(fā)一種新型高效低損傷藍寶石加工工藝尤為重要。
　　本文以提高加工后藍寶石表面質量和縮短加工時間為目標，提出采用固結金剛石研磨盤粗磨獲得所需的尺寸精度和面型精度，采用機械化學拋光盤拋光獲得超光滑表面。論文主要研究內容如下:
　　(1)在游離磨料研磨的基礎上提出采用固結金剛石研磨盤研磨技術對藍寶石進行加工，分析了固結金剛石研磨盤加工原理以及修整方法。對固結金

3、剛石研磨盤技術進行了探索，以加工后藍寶石的表面質量和材料去除率作為衡量標準，對比了不同結合劑、不同磨料粒度金剛石研磨盤的研磨性能。
　　(2)采用截面顯微法和角度拋光法對固結金剛石研磨盤加工后的藍寶石亞表面損傷層進行檢測?？偨Y裂紋類型，分析亞表面裂紋成型原因。探索固結金剛石研磨技術中，磨料粒徑與藍寶石亞表面損傷層深度之間的關系。
　　(3)針對傳統(tǒng)藍寶石平坦化CMP技術不足，提出固結磨料機械化學拋光技術，通過化學和機械共同作

4、用達到去除材料的目的。針對藍寶石的物理化學特性，研制了藍寶石專用的機械化學拋光盤并提出了專用修整方法。采用恒壓力研磨機為工作平臺，對機械化學拋光盤進行實驗驗證。
　　(4)將固結金剛石磨盤研磨技術與固結磨料機械化學拋光技術相集成，設計了一種高效低損傷的藍寶石加工工藝:采用W20固結金剛石研磨盤粗磨，去除加工余量，獲得所需尺寸精度;然后采用W7固結金剛石研磨盤精磨，提高面型精度和表面質量，降低加工后的亞表面損傷層深度;最后采用機械化