[發明專利]一種藍寶石拋光用氧化鋁拋光液及其制備方法

有效

• 申請號: 201611208571.X
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN108239484B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 周群飛;饒橋兵;楊水蓮
• 申請（專利權）人: 藍思科技（長沙）有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 歐穎

本發明提供一種藍寶石拋光用氧化鋁拋光液，所述拋光液為包括以下組分的水溶液：粒徑大小為80～350nm的α?氧化鋁粉末12～26wt％，分散劑0.5～1.2wt％，潤滑劑0.04～1.2wt％，絡合劑0.05～0.7wt％，防腐劑0.08～0.4wt％和pH值調節劑2.4～5wt％；所述分散劑為聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種或幾種，所述潤滑劑為聚乙二醇400、聚乙二醇600、甘油中的一種或幾種，所述絡合劑為葡萄糖酸鈉、乳酸鈉和檸檬酸鉀中的一種或幾種，所述防腐劑為苯并三氮唑、硼酸鉀和硼酸鈉中的一種或幾種。本發明所述拋光液加工藍寶石過程中拋光效率快，潤滑效果優良，加工的產品表面質量好，且該拋光液制備方法簡單、成本低，有利于工業化推廣應用。

技術領域

本發明涉及藍寶石拋光技術領域，特別地，涉及一種藍寶石拋光用的氧化鋁拋光液及其制備方法。

背景技術

藍寶石(Sapphire)，又稱白寶石，分子式為Al₂O₃，是一種多功能氧化物晶體，為六方晶體結構，莫氏硬度9級，僅次于金剛石，它具有優良的光學、物理和化學性能。與天然寶石相比，它具有硬度高、熔點高、透光性好、熱傳導性和電絕緣性優異、力學機械性能好、耐磨損性能好、抗腐蝕性能穩定等特性，因此在光電子、通訊、國防等領域有廣泛的應用。

隨著科學技術的不斷發展，要求藍寶石工件必須具有很高的表面質量，因此對藍寶石晶體的表面加工精度和表面完整性要求越來越高。CMP(Chemical MechanicalPolishing，化學機械拋光)技術是目前唯一可以達到全局平坦化的技術，其綜合了化學、機械及流體力學等作用的優勢。應用CMP技術既可以得到高的拋光速率，又能獲得光潔平整的表面。但是，由于藍寶石晶體硬度高、化學穩定性強且脆性大，機械加工困難，在加工藍寶石工件過程中普遍存在拋光效率低、晶片表面粗糙度高、輔材損耗過快的問題，限制了藍寶石行業的大規模工業應用。

在藍寶石晶體的化學機械拋光過程中，拋光液是決定其拋光質量和效率的關鍵，其中磨料的種類、粒徑的大小及含量對拋光效率及晶片表面粗糙度等有很大影響。目前藍寶石拋光液所使用的磨料主要有金剛石粉體、二氧化硅溶膠和α-氧化鋁(Al₂O₃)。金剛石硬度過高，雖然能保證高的拋光效率，但是晶片表面粗糙度不能符合要求，且金剛石成本較高，目前金剛石拋光液主要應用于藍寶石的粗拋或研磨。藍寶石的精密拋光過程使用最廣泛的是二氧化硅溶膠拋光液，其加工的藍寶石晶片表面質量好，且該拋光液懸浮效果好、使用方便、價格便宜，但硅溶膠拋光液的最大缺點為拋光效率低，另外，硅溶膠拋光液在拋光過程中受熱易凝膠，且易在藍寶石晶片表面風干，不利于后續清洗。

α-Al₂O₃是眾多氧化鋁晶相中最穩定的晶體相，是天然氧化物晶體中硬度最高的物質，硬度僅次于金剛石，遠大于硅溶膠顆粒，被廣泛應用于許多硬質材料的拋光。α-Al₂O₃與藍寶石是同一種物質或材料，材料結構中的原子排列模式完全相同，所不同的是多晶體與單晶體的區別，所以，從硬度上講，α-Al₂O₃納米粉體與藍寶石晶體的硬度相當，可用于藍寶石晶體拋光。藍寶石晶體拋光一般在堿性條件下進行，α-Al₂O₃在堿性條件下比硅溶膠更加穩定，可承受更高的溫度而不變質，以α-Al₂O₃為磨料的拋光液相較硅溶膠能調整更高的pH范圍，具有更高的拋光效率，且成本低，利于工業化推廣應用。