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工业蓝宝石双抛片工序流程
工业蓝宝石双抛片工序流程
NPI车间
Background
宝石界将红宝石之外的各色宝石级刚玉都称为蓝宝石。蓝宝石的主要成分是氧化铝(Al2O3)。因含有铁和钛等微量元素而呈现蓝、天蓝、淡蓝等颜色。
Background
蓝宝石性质
蓝宝石单晶的透光范围为0.14-6.0μm,覆盖真空紫外、可见、近红外到中红外波段,且在3-5μm波段具有很高的光学透过率;具有高硬度(仅次于金刚石)、高强度、高热导率、高抗热冲击品质因子的力学及热学性能;具有耐雨水、沙尘、盐雾等腐蚀的稳定化学性能;具有高表面平滑度、高电阻率及高介电性能。这些优良的性能决定了它在军事及民用领域中的重要地位和作用。
蓝宝石物理性能
密度
(g/cm3)
3.95-4.1
杨氏模量(GPa)
380
莫氏硬度
9(钻石:10)
断裂强度(MPa)
400
透过波段
(μm)
0.14-6(在0.3-5范围内T=80%)
弯曲强度(MPa)
1GPa=1000MPa
895
熔点
(℃)
2040-2050
抗压强度(GPa)
2
沸点
(℃)
3000
电阻率
(Ω·cm)
1014
热容
(J/mol·K)
77
泊松比
0.27-0.29
蓝宝石材料的应用
光学元件和探测窗口
蓝宝石基片和衬底
蓝宝石光纤传感器
光学窗口和整流罩
蓝宝石晶体生长方法(简介)
溶液生长
溶体生长
气相生长
紫氏拉晶法 即:提拉法(CZ)
凯氏长晶法 即:泡生法(KY)
热交换法 (HEM)
蓝宝石晶体生长方法
泡生法(我司)加工工艺:
将原料加热熔融至熔汤:
利用一籽晶(单晶晶种)插入到熔汤中(温度适宜籽晶不会熔化);
慢慢提拉旋转晶杆至籽晶缩颈形成肩晶,停止提拉保持旋转,控制熔体温度缓慢冷却,待结晶。
蓝宝石晶体生长方法
项目
提拉法
泡生法
热交换法
晶体形状
棒状
梨状
梨状
晶体尺寸
受尺寸限制,目前直径和有效长度均小于150mm
较大尺寸,目前一般为35-90kg
大尺寸,目前一般为65-100kg
晶体质量
好
较好
好
后续加工
直接切棒、切片
需退火处理、掏棒、再切棒、切片
需退火处理、掏棒、再切棒、切片
蓝宝石晶体生长方法
生长方法
优点
缺点
应用
提拉法(CZ)
1.生长情况便于观察,尺寸容易控制;
2.晶体外形规整。
1.位错密度较大(万级);
2.需要铱金坩埚,成本较高。
目前技术不成熟,无大规模的商业应用。台湾有个别厂家有实验性生产。
泡生法(KY)
晶体质量较高,成本低。
1.操作复杂,一致性不高,成品率较低;
2.不易生长c轴晶体。
全球用于LED衬底的蓝宝石基板70%以上为泡生法或各种改良型泡生法生长。
热交换法(HEM)
宝石晶体尺寸大,质量较好。
1.热场不易均匀;
2.需要大量氦气作制冷剂,成本高。
美国crystal system 公司技术成熟,产品主要用于军事工业,但国内尚无成功案例(包括台湾)。
蓝宝石晶棒加工流程
晶体
机械加工
蓝宝石晶棒加工流程
长晶:利用长晶炉生长尺寸大且高品质的单晶蓝宝石晶体;
定向:确保蓝宝石晶体在钻床上的正确位置,便于套棒加工;
套棒:以特定方式从蓝宝石晶体中套取出蓝宝石晶棒;
滚磨:用外圆磨床进行晶棒的外圆磨削,得到精确的外圆尺寸;
品检:确保晶棒品质以及套棒后的晶棒尺寸与方位是否合客户规格。
蓝宝石基片加工流程
晶棒
机械加工
Content
A计划
A计划
DMP
CNC
DIP
退火
CMP
酸洗
以2英寸蓝宝石双抛片为例
制程
工序
检验项目
尺寸
外观
A计划
中心厚度 TV5
划痕 崩边 碎裂 裂痕 缺角
DMP
中心厚度 TV5
划痕 崩边 碎裂 裂痕 缺角
CNC
直径 真圆度
划痕 崩边 碎裂 裂痕 缺角
DIP
中心厚度 TV5
划痕 崩边 碎裂 裂痕 缺角
退火
中心厚度
划痕 崩边 碎裂 裂痕 缺角
CMP
中心厚度 TV5
划伤 崩边 碎裂 气泡 水波纹 未抛除 倒角不良 星点
终清洗
中心厚度 TV5
划伤 崩边 碎裂 气泡 水波纹 未抛除 倒角不良 星点
蓝宝石晶片加工过程(1/7)
A计划
测量BOW 加工前TV5 粘胶 坯料到设备摆放
制令统一加工(2个设备为1组) 退胶
自检 品质抽检 制令合成 物料过转
蓝宝石晶片加工过程(1/7)
A计划
粘胶过程
蓝宝石晶片加工过程(1/7)
A计划
粘胶模板
蓝宝石晶片加工过程(1/7)
A计划
加工及退胶
蓝宝石晶片加工过程(1/7)
A计划
加工设备
蓝宝石晶片加工过程(1/7)
A计划
纯水设
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