[发明专利]一种蓝宝石抛光用氧化铝抛光液及其制备方法

说明书

本发明提供一种蓝宝石抛光用氧化铝抛光液，所述抛光液为包括以下组分的水溶液：粒径大小为80～350nm的α‑氧化铝粉末12～26wt％，分散剂0.5～1.2wt％，润滑剂0.04～1.2wt％，络合剂0.05～0.7wt％，防腐剂0.08～0.4wt％和pH值调节剂2.4～5wt％；所述分散剂为聚乙烯醇、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种或几种，所述润滑剂为聚乙二醇400、聚乙二醇600、甘油中的一种或几种，所述络合剂为葡萄糖酸钠、乳酸钠和柠檬酸钾中的一种或几种，所述防腐剂为苯并三氮唑、硼酸钾和硼酸钠中的一种或几种。本发明所述抛光液加工蓝宝石过程中抛光效率快，润滑效果优良，加工的产品表面质量好，且该抛光液制备方法简单、成本低，有利于工业化推广应用。

技术领域

本发明涉及蓝宝石抛光技术领域，特别地，涉及一种蓝宝石抛光用的氧化铝抛光液及其制备方法。

背景技术

蓝宝石(Sapphire)，又称白宝石，分子式为Al₂O₃，是一种多功能氧化物晶体，为六方晶体结构，莫氏硬度9级，仅次于金刚石，它具有优良的光学、物理和化学性能。与天然宝石相比，它具有硬度高、熔点高、透光性好、热传导性和电绝缘性优异、力学机械性能好、耐磨损性能好、抗腐蚀性能稳定等特性，因此在光电子、通讯、国防等领域有广泛的应用。

随着科学技术的不断发展，要求蓝宝石工件必须具有很高的表面质量，因此对蓝宝石晶体的表面加工精度和表面完整性要求越来越高。CMP(Chemical MechanicalPolishing，化学机械抛光)技术是目前唯一可以达到全局平坦化的技术，其综合了化学、机械及流体力学等作用的优势。应用CMP技术既可以得到高的抛光速率，又能获得光洁平整的表面。但是，由于蓝宝石晶体硬度高、化学稳定性强且脆性大，机械加工困难，在加工蓝宝石工件过程中普遍存在抛光效率低、晶片表面粗糙度高、辅材损耗过快的问题，限制了蓝宝石行业的大规模工业应用。

在蓝宝石晶体的化学机械抛光过程中，抛光液是决定其抛光质量和效率的关键，其中磨料的种类、粒径的大小及含量对抛光效率及晶片表面粗糙度等有很大影响。目前蓝宝石抛光液所使用的磨料主要有金刚石粉体、二氧化硅溶胶和α-氧化铝(Al₂O₃)。金刚石硬度过高，虽然能保证高的抛光效率，但是晶片表面粗糙度不能符合要求，且金刚石成本较高，目前金刚石抛光液主要应用于蓝宝石的粗抛或研磨。蓝宝石的精密抛光过程使用最广泛的是二氧化硅溶胶抛光液，其加工的蓝宝石晶片表面质量好，且该抛光液悬浮效果好、使用方便、价格便宜，但硅溶胶抛光液的最大缺点为抛光效率低，另外，硅溶胶抛光液在抛光过程中受热易凝胶，且易在蓝宝石晶片表面风干，不利于后续清洗。

α-Al₂O₃是众多氧化铝晶相中最稳定的晶体相，是天然氧化物晶体中硬度最高的物质，硬度仅次于金刚石，远大于硅溶胶颗粒，被广泛应用于许多硬质材料的抛光。α-Al₂O₃与蓝宝石是同一种物质或材料，材料结构中的原子排列模式完全相同，所不同的是多晶体与单晶体的区别，所以，从硬度上讲，α-Al₂O₃纳米粉体与蓝宝石晶体的硬度相当，可用于蓝宝石晶体抛光。蓝宝石晶体抛光一般在碱性条件下进行，α-Al₂O₃在碱性条件下比硅溶胶更加稳定，可承受更高的温度而不变质，以α-Al₂O₃为磨料的抛光液相较硅溶胶能调整更高的pH范围，具有更高的抛光效率，且成本低，利于工业化推广应用。