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郑州华晶金刚石股份有限公司

陈峰:金刚石工具在蓝宝石加工中的应用

关键词 陈峰 , 国机精工 , 蓝宝石加工 , 金刚石工具|2016-05-30 10:07:50|来源 中国超硬材料网
摘要   2016年5月20日,中国超硬材料协会五届三次常务理事(扩大)会议在武汉市纽宾凯国际酒店隆重举行?;嵋橹?,国机精工有限公司副总经理陈峰作题目为《金刚石工具在蓝宝石加工中的应用》...
  2016年5月20日,中国超硬材料协会五届三次常务理事(扩大)会议在武汉市纽宾凯国际酒店隆重举行?;嵋橹?,国机精工有限公司副总经理陈峰作题目为《金刚石工具在蓝宝石加工中的应用》的演讲报告。
国机精工有限公司副总经理陈峰作题目为《金刚石工具在蓝宝石加工中的应用》的演讲报告
  演讲报告从“蓝宝石简介”、“蓝宝石应用领域”、“蓝宝石加工中涉及的金刚石工具”以及“蓝宝石加工中存在的问题及对策”共四个方面详细地进行了讲解分析。
  报告中指出:蓝宝石具有机械强度高,硬度高,可承受高速运动时的减压荷载;热稳定好,耐高温,能承受气动加热和高度变化引起的温度冲击,透射比和折射率不随着温度的变化而发生显著的变化;化学稳定性好,可承受熔融的盐溶液或腐蚀气体的腐蚀,且不易潮解;光学透射率高,能传输紫外到中红外波段的辐射;光学特性好,光学散射小和折射率的均匀性好;能满足大尺寸的窗口要求等众多优异性能。凭借优异的性能,被广泛应用于以下领域:1、LED领域,衬底材料等;2、窗口材料,手表表盘等;3、耐磨材料,精密轴和轴承等;4、航空领域,光电视窗等;5、国防领域,导弹整流罩等;6、医疗器械,激光辐射装置等。
蓝宝石基本性能
蓝宝石应用领域
  报告中谈到:从蓝宝石的使用领域来看,75%左右的蓝宝石用于衬底片领域、10%用于光学产品领域、12%用于电子消费产品的窗口片领域、5%左右用于国防航天领域的整流罩、谐报器等。
LED蓝宝石衬底材料和其它衬底材料对比
蓝宝石在手机上应用
蓝宝石在医疗器械及手表等精密部件上应用
  蓝宝石衬底片加工的工艺流程为:蓝宝石晶锭--》晶棒掏料--》头尾切段--》外径、结晶向平研--》切片--》倒角磨边--》粗研磨--》精研磨--》CMP--》衬底片。

  蓝宝石窗口片加工的工艺流程为:单晶生长--》掏棒(金刚石套料钻)--》切方(金刚石砂轮或金刚线+游离砂)--》切片--》粗磨/精磨(金刚石磨盘)--》研磨抛光(金刚石研磨液、抛光液、金刚石微粉等)--》二次切片(金刚石超薄切割砂轮)--》倒角、钻孔及轮廓加工(电镀金刚石磨头)--》检测--》清洗干燥--》窗口片。





蓝宝石衬底加工部分工艺流程及常用金刚石工具
  在谈到“蓝宝石加工中存在的问题及对策”时,报告指出:因为蓝宝石硬度高、脆性大而造成的难加工以及加工成本过高是目前存在的主要问题。蓝宝石制作总成本中加工成本就站到了55%以上。以2寸0.43厚衬底为例,原材料成本不及20%,加工成本在55%以上,多线切割后成品在90%以上的成本是16.5元/片(含掏棒成本),粗磨成本2.5元/片,精磨成本3元/片,粗抛成本2元,精抛成本2元/片??悸浅善仿屎蟮淖酆铣杀疚?0~35元/片。
蓝宝石加工中各项加工成本占比
  在谈到“蓝宝石加工中存在的问题及对策”时,报告中给出了超声辅助机械加工、化学机械加工、冷热激光加工、等离子加工等加工蓝宝石的加工解决方案。
  其中,超声辅助机械加工是在工具与工件相对运动的基础上,对金刚石工具或工件施加超声振动,以获得更好加工性能的加工方法。
  化学机械加工是把化学腐蚀和金刚石工具机械加工综合利用的加工工艺。目前化学机械抛光(CMP)在蓝宝石加工中的应用相对成熟,在蓝宝石切割及磨削方面,我们也可以引进开发这种工艺。蓝宝石的切割切深一般较大,切割温度高。然而较高的切割温度有利于蓝宝石化学腐蚀反应的进行?;Х从Φ慕?,有助于降低切割温度。
  激光加工采用微秒级短脉冲激光器的“热”激光束切割;采用超短脉冲“冷”激光加工法(所谓超短脉冲激光器的脉冲持续时间只有几个皮秒)。”使用“热”激光工艺加工蓝宝石时,蓝宝石不会产生微裂纹或崩边。采用皮秒级激光的“冷”加工方法,可获得更高的切边质量,同时边缘的粗糙度更低。目前需要进一步降低激光头和激光加工和设备的制造成本,进而推动该工艺在蓝宝石行业中的加工应用。
  等离子加工是利用等离子电弧产生的热量对蓝宝石进行加工,这种加工方式可以加工切割出很薄的材料、效率高,但是目前该类加工设备昂贵。氢离子切割片更薄、更经济、更有效率,但是,还没有完全实现商业化,是蓝宝石切割技术未来趋势。
  Twin Creeks Technology公司开发的质子注入剥片技术所切割的6寸蓝宝石基板厚度为26微米,2寸厚度降至12微米;目前采线切割工法所制作的蓝宝石毛片厚度来看,2寸为600微米、6寸则高达约1500微米。气体剥离法所形成的蓝宝石基板表面平整度高,后续制程变得更加容易;Hyperion气体剥离法机台体积庞大(单一机台如同一间屋子大?。?,且设备投资大,机台处于实验阶段,未在市场销售。
 ?。ū疚木び邢薰靖弊芫沓路濉督鸶帐ぞ咴诶侗κ庸ぶ械挠τ谩费萁脖ǜ鍼PT和现场录音整理而来,未经作者审查。)
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