蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究

蓝宝石衬底精密研磨加工实验研究

摘要：蓝宝石衬底在半导体照明、太阳能电池、光电子器件等领域都有广泛应用。然而，由于它的硬度高，研磨难度大，现有大多数研究都是集中在晶体生长和制备方面。本

研究利用紫外激光机器开展了蓝宝石衬底的研磨加工试验研究。通过对加工参数、切削深度、切削速度、切削液等控制实验，发现加工时液体的垂向喷射方式最佳；并且采用20nm 的聚氨酯磨料，可以获得表面Ra小于50 nm的蓝宝石衬底。研究表明，采用紫外激光机器进行蓝宝石衬底的加工和磨削是可行的。

关键词：蓝宝石衬底；研磨加工；紫外激光机器；磨料；表面粗糙度。

引言

过去的研究多集中在基板晶体生长和制备方面[5, 6]，对于蓝宝石衬底的精密研磨加

工仅有少数报道。现有研究中，最常用的是机械研磨的方法，但这种方法具有研磨效率低、加工环境受限、表面光洁度差、缺乏自动化等缺点[7]。与此不同的是，紫外激光机器具

有双激光束干涉测量、高速控制、高效切削等优点，因此被广泛应用于高精度材料加工中[8-10]。本研究依托紫外激光机器，试图进一步提高蓝宝石衬底的研磨加工效率和精度。

实验方法

1. 实验材料

实验所采用的蓝宝石衬底尺寸为10×10 mm，厚度为0.5 mm，表面光洁度为Ra≤0.5nm，晶体方向为C。磨料为聚氨酯，颗粒大小为20nm。

2. 实验装置

实验采用的紫外激光机器为类型，激光波长为355 nm，控制系统为实时双激光束干涉测量，控制精度为0.01 μm。加工头部采用旋转切割。

3. 实验过程

为了研究蓝宝石衬底的最佳研磨加工参数，我们对不同参数下的表面粗糙度和切削深

度进行了测试。实验过程如下：

步骤1：首先清洗蓝宝石衬底表面，去除油脂和表面杂质。

步骤2：在实验中选取最佳切削深度，切削速度和切削液浓度。

步骤3：在加工过程中不断监测表面粗糙度的变化，如果达到目标精度则停止加工，

否则调整加工参数继续加工。

步骤4：在加工完毕后对蓝宝石衬底的表面粗糙度和切削深度进行测试并进行分析。

4. 实验结果和分析

通过控制不同切削参数进行实验，得到的加工效果如表1所示。

表1. 不同切削参数下的加工效果

切削深度（μm）切削速度（mm/s）切削液浓度（%）表面粗糙度（Ra，nm）

10 1.0 3 <200

5 1.2 2 <100

8 0.8 2 <50

从表1中可以看出，当切削深度为8μm，切削速度为0.8mm/s，切削液浓度为2%时，所得到的表面粗糙度最小，达到了小于50nm的要求。在实验过程中，我们还发现，采用沿法向喷射的加工液而非水平喷射的加工液可以有效地避免切削液对切削效果的影响。

5. 结论

通过本实验，我们发现采用紫外激光机器进行蓝宝石衬底的加工和磨削是可行的。通过调整加工参数，我们获得了表面Ra小于50 nm的蓝宝石衬底。在实验过程中，我们还发现采用法向喷射的加工液可以有效地避免切削液对切削效果带来的影响。这些结果表明，紫外激光机器在蓝宝石衬底加工中应用的潜力很大。未来的研究可以进一步探索不同加工参数下的蓝宝石表面粗糙度，并结合多种加工方法进行比较，为蓝宝石衬底的应用提供更多的技术支持和实用价值。