一種藍寶石晶片切割的方法
2023-06-30 07:03:11 1
專利名稱：一種藍寶石晶片切割的方法
技術領域：
本發明涉及藍寶石晶片切割的方法，尤其是涉及藍寶石晶片的多線切割方法。
背景技術：
藍寶石(α -ΑΙ203)，又稱白寶石，它具有很好熱導性，極好的電氣特性和介電特 性，光透性能強，且耐磨擦、耐腐蝕、化學性質穩定；硬度達莫氏9級，僅次於金剛石，熔點為 2030°C，在高溫下仍具有極好的穩定性。所以它被廣泛地應用於工業、國防、科研、民用等領 域。越來越多地用作固體雷射、紅外窗口、半導體襯底片、發光二極體(LED)襯底片、精密耐 磨軸承、3G手機面板、高檔手表面等緒多產品的原材料。藍寶石由於其硬度高且脆性大，切 割成晶片的製備難度大，是目前藍寶石機械加工的難題之一。隨著LED元件和3G手機等產 品的迅猛發展，藍寶石晶片巳成為多行急需的材料。傳統的藍寶石晶片切片方式是內圓切割，即使用外圓切片機或內圓切片機切割， 刃口上鍍金剛石顆粒，刀片厚度在0. 25 0. 34mm之間，每次僅切割單片，加工效率低，且由 於刀片厚度大所以材料損耗大。切片機僅適於厚片加工，無法加工出厚度僅為0. 5mm左右 的LED襯底片。也有少數廠家使用切割矽片的專用多線切割機藍寶石晶片切片，可以切割出厚度 僅為0. 5mm左右的LED襯底片，具有效率高，產能高，精度高等優點。但這種設備不僅本身 價格昂貴，以最便宜的日本產的610SD專用多線切割機為例，單臺價在280萬元人民幣左 右，而且所用金剛石磨粒線成本較為昂貴且線徑約為0. 25mm，有較大的切縫，從而有較大的 材料損耗。
發明內容
本發明的目的是提供一種藍寶石晶片切割的方法，不僅切割加工效率高，精度高， 而且還可以降低設備成本和加工成本。本發明是基於下述考慮實現的目前，在水晶晶片的切割加工已廣泛應用加工精 度高、切割效率高的多線切割技術。這種多線切割是採用游離磨料的方式，即利用金屬剛線 帶動游離磨料，使得在工件和金屬鋼線中間的磨粒對工件進行材料去除的動作。由於金屬 鋼線成本較金剛石磨粒線低，如果能用金屬鋼線切割藍寶石，不僅設備投資少，而且加工成 本一定會較用金剛石磨粒線切割大幅下降。本發明人經過多次研究試驗發現採用游離磨料多線切割方法時，用切割線採用 金屬線，以金剛石微粉作為游離磨料，可以切割藍寶石。本發明人用切割水晶的多線切割機做切割藍寶石晶片實驗。由於藍寶石的硬度 高，硬度達到莫氏9級，直接用切割水晶用的磨料SiC(硬度僅為莫氏9. 2級)微粉切割時 效果不好，無法切割。因此必需選用硬度更高的磨料。通過試驗發現，選用硬度更高的金剛 石微粉作為游離磨料效果較好，在合適的切割速度及張力條件下能夠順利切割。本發明人在研究過程中發現，配製砂漿用的切割油在常溫下粘度為20 50mpa.s時與金剛石微粉配製相容性較好，所配製的砂漿中攜砂量大，砂漿中含金剛石微粉重量百 分比能高達30%，可以方便地調節砂漿中的金剛石微粉含量，以達到最佳的切割效果。本發明人在研究過程中還發現，金剛石微粉的粒徑大小對切割效果影響較大金 剛石微粉粒徑在4 12 μ m時，容易被高速運轉的金屬線帶入到晶體切割部位，切割效果 好；粒徑過小，切割力受影響，切割效率低；粒徑過大，不僅切損大，還會造成切面殘留切痕 和微裂紋，晶片內部損傷層較深，在研磨過程中很難消除，增大了碎片的可能性。上述切割液中金剛石微粉重量百分比達到4 20%含量時，切割效果好，而且砂 漿切割液流動性好，砂漿從漏砂槽內落下時拉成片狀砂漿幕，容易形成水平薄膜。切割油能 吸附在金剛石微粉顆粒表面上產生的位壘，使顆粒分散開來，達到分散、懸浮的特性，提高 分散穩定能力，防止顆粒團聚粘結，避免在晶片表面形成短粗的淺劃傷，提高切削速度。本發明提供了一種以游離磨料方式切割藍寶石的工藝方法，應用本方法可以選 用切割水晶的多線切割機加工藍寶石晶片，不僅切割效率高，精度高，所得晶片的彎曲度 (BOff) < 25 μ m、平行度(TAPER) < 25 μ m、總厚度公差(TTV) < 25 μ m，而且設備投資小，切 損小，切割成本低，以切厚度為0. 5mm左右的LED襯底片為例，切割成本可由使用切割矽片 的專用多線切割機的12元/片降低至7元/片左右。
具體實施例方式實施例1使用設備MWS-3020型水晶專用多線切割機。主要工藝設定如下切線運行速度maX 300 400m/min。運行速度變化加減速時間Is/ —定速時 間6 10s。供線速度設定15 35m/min。切線張力設定供線側28 31N、回收側28 31N。切割速度:2· 0 6. Omm/ho切割油採用日本PALACS生產的PS-L-25切割油，25°C下粘度為30mpa. s。磨料選 用粒徑為4 12 μ m金剛石微粉。金剛石微粉以重量百分比計分別按4%、12%、20%三種
比例與切割油配製成砂漿切割液。其切割後晶片主要技術指標分別如下
金剛石微粉彎曲度平行度總厚度公差表面線痕比例(%)(BOW)(TAPER)(TTV)4<20μπι<20Mm<20Mm少量細線痕12<25Mm<25Mm<25μιη細線痕20<25Mm<25Mm<25Mm線痕各項指標滿足LED襯底片要求。實施例2所用設備及工藝參數同上。切割油採用深圳金科化工生產的FB-10型切割油，
425°C下粘度為50mpa. S。磨料選用粒徑為4 12 μ m金剛石微粉。金剛石微粉以重量百分 比計分別按4%、12%、20%三種比例與切割油配製成砂漿切割液。其切割後晶片主要技術 指標分別如下
各項指標滿足LED襯底片要求。實施例3所用設備及工藝參數同上。切割油採用聯創牌水晶切割油，25°C下粘度為20mpa. s。磨料選用粒徑為4 12 μ m金剛石微粉。金剛石微粉以重量百分比計分別按4%、12%、 20%三種比例與切割油配製成砂漿切割液。其切割後晶片主要技術指標分別如下 各項指標滿足LED襯底片要求。
權利要求
一種藍寶石晶片切割的方法，其特徵是採用游離磨料多線切割方法，所述切割線採用金屬線，磨料採用金剛石微粉。
2.根據權利要求1所述的藍寶石晶片切割的方法，其特徵是配製砂漿所用切割油為在 常溫下粘度為20 50mpa. s。
3.根據權利要求2所述的藍寶石晶片切割的方法，其特徵是所述切割是在切割水晶的 多線切割機上完成的，砂漿中的金剛石微粉粒徑為4 12 μ m。
4.根據權利要求3所述的藍寶石晶片切割的方法，其特徵是金剛石微粉佔砂漿重量百 分比為4 20%。
全文摘要
本發明公開了一種藍寶石晶片切割的方法，其特徵是採用游離磨料多線切割方法，所述切割線採用金屬線，磨料採用金剛石微粉。配製砂漿所用切割油為在常溫下粘度為20～50mpa.s。金剛石微粉粒徑為4～12μm。本發明提供了一種以游離磨料方式切割藍寶石的工藝方法，應用本方法可以選用切割水晶的多線切割機加工藍寶石晶片，不僅切割效率高，精度高，而且設備投資小，切損小，切割成本低。
文檔編號B28D5/04GK101870084SQ200910116598
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月21日 優先權日2009年4月21日
發明者張學炎, 李林 申請人:銅陵市琨鵬光電科技有限公司