一種大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法，將經(jīng)雙面研磨后的藍(lán)寶石襯底片放入旋轉(zhuǎn)加工臺的工件位中，利用噴射處理裝置將碳化硼粉末噴射到藍(lán)寶石襯底片的加工面上以達(dá)到所需的粗糙度。其中工件位的孔深大于藍(lán)寶石襯底片的厚度0.5mm～1mm；旋轉(zhuǎn)加工臺以逆時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在20rpm～50rpm；噴槍設(shè)置在90°、180°和270°三個位置，且分別以30～60次/min的速度來回移動；噴槍口徑為10mm～20mm；噴槍噴射壓力為0.12MPa～0.60MPa；碳化硼粉末為#120～#320。本發(fā)明優(yōu)勢主要面內(nèi)粗糙度偏差小、穩(wěn)定性高，可有效的避免背面不良問題，提高加工效率和降低加工成本。
【專利說明】一種大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石單結(jié)晶(Sapphire)，分子式為Al2O3，藍(lán)寶石晶體硬度很高，為莫氏硬度9級，僅次于最硬的金剛石。它具有很好的透光性，熱傳導(dǎo)性和電氣絕緣性，力學(xué)機械性能好，并且具有耐磨和抗風(fēng)蝕的特點。藍(lán)寶石晶體的熔點為2050°C，沸點3500°C，最高工作溫度可達(dá)1900°C。目前，藍(lán)寶石晶體作為一種重要的技術(shù)晶體，已被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)、國防與民用工業(yè)、電子技術(shù)的許多領(lǐng)域。比如透紅外窗口材料，微電子領(lǐng)域的襯底基片，激光基質(zhì)、光學(xué)元件及其它用途等。
[0003]對于制作LED芯片來說，襯底材料的選用是首要考慮的問題。通常，GaN基材料和器件的外延層主要生長在藍(lán)寶石襯底上。藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點:首先，藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；最后，藍(lán)寶石的機械強度高，易于處理和清洗。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底。
[0004]藍(lán)寶石襯底作為目前最為普遍的一種襯底材料，其背面粗糙度的均一性對透光率和發(fā)光效率有著不可忽視的影響。而且傳統(tǒng)的只是通過雙面研磨加工背面粗糙度的工藝對于有效解決藍(lán)寶石襯底片的背面不良問題和降低加工成本問題顯得力不從心。隨著光電技術(shù)的飛速發(fā)展，對于藍(lán)寶石襯底的需求量也隨之日益增加；更重要的是逐漸趨向于大尺寸藍(lán)寶石襯底片。為了滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，本發(fā)明人就此做了大量的工作，著力解決藍(lán)寶石襯底片特別是大尺寸藍(lán)寶石襯底片的背面粗糙度的加工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法，有效解決大尺寸藍(lán)寶石襯底片的背面不良問題并降低加工成本。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是，一種大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，將經(jīng)雙面研磨后的藍(lán)寶石襯底片放入旋轉(zhuǎn)加工臺的工件位中，利用噴射處理裝置將碳化硼粉末噴射到藍(lán)寶石襯底片的加工面上以達(dá)到所需的粗糙度，具體包括:
⑴所述工件位的孔深大于藍(lán)寶石襯底片的厚度0.5mm?Imm,以保證藍(lán)寶石襯底片在被加工時的穩(wěn)定性；
⑵旋轉(zhuǎn)加工臺以逆時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在20rpm?50rpm ；
(3)碳化硼粉末噴槍設(shè)置在90°、180°和270°三個位置，而且分別以30?60次/min的速度來回移動，以保證藍(lán)寶石襯底片被加工面粗糙度的均一性；
(4)碳化硼粉末噴槍的槍口口徑為IOmm?20mm ；
(5)碳化硼粉末噴槍的噴射壓力為0.12 MPa?0.60MPa ； (6)碳化硼粉末為#120?#320。
[0007]作為一種優(yōu)選，所述的噴射壓力通過直接調(diào)整噴槍壓力來調(diào)整。
[0008]作為一種優(yōu)選，所述的噴射壓力通過調(diào)整噴槍與藍(lán)寶石襯底片之間的距離來調(diào)整，所述噴槍與藍(lán)寶石襯底片之間的距離為5mm?100mm。
[0009]作為一種優(yōu)選，所述的噴射壓力通過調(diào)整噴槍與藍(lán)寶石襯底片的角度來調(diào)整，所述噴槍與藍(lán)寶石襯底片的角度即噴射角度為1°?90°。
[0010]本發(fā)明是通過噴射處理裝置和碳化硼粉末來加工調(diào)整大尺寸藍(lán)寶石襯底片的背面粗糙度。使用的噴射材料為#120?#320的B4C (碳化硼)粉末。噴砂處理的具體條件可以根據(jù)目標(biāo)粗糙度來設(shè)定。噴砂處理加工調(diào)整大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度是利用噴射材料的噴射運動，對藍(lán)寶石襯底片表面進行打削以達(dá)到被加工面的目標(biāo)粗糙度。這種噴砂處理加工調(diào)整大尺寸藍(lán)寶石襯底片的面粗糙度不會對其翹曲度造成影響。
[0011]加工過程中，需要加工的藍(lán)寶石襯底片放入旋轉(zhuǎn)加工臺的工位中，旋轉(zhuǎn)加工臺作旋轉(zhuǎn)運動，設(shè)置在90°、180°和270°的3個位置的噴槍的來回移動，將噴射材料均勻的噴射到被加工的藍(lán)寶石襯底片上。通過調(diào)整噴槍來回移動的速度，保證藍(lán)寶石襯底片被噴射的時間以達(dá)到最終粗糙度的均一性。噴射材料的噴射壓力在0.12MPa?0.60MPa的范圍內(nèi)根據(jù)目標(biāo)粗糙度進行調(diào)整并最適化；噴射時間和噴射量也可以根據(jù)目標(biāo)粗糙度進行調(diào)整并設(shè)定。
[0012]噴槍從旋轉(zhuǎn)加工臺外周向中心移動，再從旋轉(zhuǎn)加工臺的中心移動到外周，是噴槍噴射的I個來回，根據(jù)藍(lán)寶石襯底片需加工面的狀態(tài)，噴槍的來回移動速度可在30?60次/min的范圍內(nèi)進行調(diào)整。對于噴射壓力，可以通過調(diào)整噴槍與藍(lán)寶石襯底片之間的距離(優(yōu)選為5mm?100mm)或噴槍與藍(lán)寶石襯底片的角度即噴射角度(優(yōu)選為1°?90° )來進行調(diào)整；也可以直接對噴槍的噴射壓力進行調(diào)整。
[0013]本發(fā)明特別適用于>6英寸的大尺寸藍(lán)寶石襯底片的背面粗糙度的加工，本發(fā)明的優(yōu)勢:一是相對于傳統(tǒng)的只是通過雙面研磨加工粗糙度的工藝，具有面內(nèi)粗糙度偏差小、穩(wěn)定性高的特點；二是可以有效的避免因為雙面研磨而產(chǎn)生的背面不良問題；三是在前道的雙面研磨過程中，可以使用3 μ m?50 μ m的碳化硼細(xì)粉加工，這樣可以減少后續(xù)的單面研磨和拋光的去除量，從而提高加工效率和降低加工成本。
【具體實施方式】
[0014]將經(jīng)采用3 μ m?50 μ m的碳化硼細(xì)粉進行雙面研磨后的藍(lán)寶石襯底片放入旋轉(zhuǎn)加工臺的工件位中，利用噴射處理裝置將碳化硼粉末噴射到藍(lán)寶石襯底片的加工面上以達(dá)到所需的粗糙度。并根據(jù)需加工的藍(lán)寶石襯底片的面的目標(biāo)粗糙度要求，選擇適當(dāng)?shù)募庸l件如下:
①噴射材料使用#220號的B4C(碳化硼)粉末；
②使用噴槍槍口口徑15mm;
③噴射壓力為0.2MPa ；
④噴槍的來回移動速度設(shè)為45次/min；
⑤加工臺的轉(zhuǎn)速為40rpm。
[0015]加工結(jié)果:平均粗糙度Ra0.70 μ m?0.80 μ m ;面內(nèi)偏差為0.10 μ m。[0016]大尺寸藍(lán)寶石襯底片的粗糙度噴砂處理所用得噴射材料的粒徑大小通過以下試驗結(jié)果決定:關(guān)于噴砂處理用噴射材料(粉末)，藍(lán)寶石襯底片的一般客戶對背面粗糙度的要求在0.2μηι?1.2μηι的范圍內(nèi)。通過試驗證明，使用比#120號更粗的B4C (碳化硼)粉末加工時，藍(lán)寶石襯底片的背面粗糙度> 1.2 μ m ;使用比#320號更細(xì)的B4C (碳化硼)粉末加工時，藍(lán)寶石襯底片的背面粗糙度< 0.2 μ m。因此，作為藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度加工調(diào)整用的噴射材料，采用#120?#320的B4C (碳化硼)粉末。
【權(quán)利要求】
1.一種大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，將經(jīng)雙面研磨后的藍(lán)寶石襯底片放入旋轉(zhuǎn)加工臺的工件位中，利用噴射處理裝置將碳化硼粉末噴射到藍(lán)寶石襯底片的加工面上以達(dá)到所需的粗糙度，具體包括: ⑴所述工件位的孔深大于藍(lán)寶石襯底片的厚度0.5mm?Imm,以保證藍(lán)寶石襯底片在被加工時的穩(wěn)定性； ⑵旋轉(zhuǎn)加工臺以逆時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速在20rpm?50rpm ； ⑶碳化硼粉末噴槍設(shè)置在90°、180°和270°三個位置，而且分別以30?60次/min的速度來回移動，以保證藍(lán)寶石襯底片被加工面粗糙度的均一性； (4)碳化硼粉末噴槍的槍口口徑為IOmm?20mm ； (5)碳化硼粉末噴槍的噴射壓力為0.12 MPa?0.60MPa ； (6)碳化硼粉末為#120?#320。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，所述的噴射壓力通過直接調(diào)整噴槍壓力來調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，所述的噴射壓力通過調(diào)整噴槍與藍(lán)寶石襯底片之間的距離來調(diào)整，所述噴槍與藍(lán)寶石襯底片之間的距離為5mm?100mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸藍(lán)寶石襯底片背面粗糙度的干式加工方法，其特征在于，所述的噴射壓力通過調(diào)整噴槍與藍(lán)寶石襯底片的角度來調(diào)整，所述噴槍與藍(lán)寶石襯底片的角度即噴射角度為1°?90°。
【文檔編號】B24C1/00GK103909475SQ201410130482
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】歸歡煥, 段金柱, 潘振華, 王勤峰, 姚志炎, 樊志遠(yuǎn), 莊林海 申請人:天通控股股份有限公司