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玻璃抛光的“高光时刻”
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玻璃抛光的“高光时刻”

玻璃的出现与使用在人类的生活里已有四千多年的历史,在12世纪,玻璃作为工业材料得到广泛应用。18世纪,为适应制光学玻璃。1874年,比利时首先制出平板玻璃。此后,随着玻璃生产的工业化和规模化,各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现代,玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。

而玻璃与我们的生活越来越贴近,手机、电脑等电子产品中就有大量的玻璃材质部件。Steve Jobs 在2007年发布代 iPhone,手机从按键时代进入到触屏时代。此后手机行业的规则便已彻底被改变。得益于手机等数码产品蓬勃发展,手机显示面板材质已由最开始的塑料到铝合金再到如今的铝硅酸盐玻璃,玻璃材质是手机、电脑等数码行业的发展趋势。从小屏到大屏,从厚屏到大屏,从平面屏到曲面屏,折叠屏。具有视野更好,手感更佳,更加美观,轻薄,防眩光等优点。一次次的技术革新,无疑对玻璃制造商及相关产业链提出了更好的要求。  

目前市场上用于制造显示面板的玻璃为高硼硅酸盐和铝硅酸盐玻璃,都属于典型的硬脆材料,且厚度仅0.4 mm左右,其加工和抛光难度高。玻璃抛光中,玻璃的材料去除率与化学 机 械 抛 光 有 着 直 接 关 系 。 化 学 机 械 抛 光 (chemical mechanical polishing,CMP) 技 术 常见于半导体制造工艺,如晶圆的平坦化处理中。顾名思义,CMP是通过化学和机械的共同作用进行抛光,单纯的机械抛光容易造成被抛光物质的表面质量损伤,而单纯的化学抛光具有速 度 慢 、 效 率 低 等 缺 点 。CMP技术利用了“软磨硬”原理,即用较软的材料进行化学抛光来处理较硬材料的表面,实现高质量的表面抛光。图1为玻璃抛光机结构示意图。

 

 

采用CMP技术时,抛光液(Slurry)的性能对抛光的表面质量有显著影响。目前,国内用于CMP的抛光液以进口为主,目前国内也有CMP抛光液生产厂家,主要以上海安集微电子为主。CMP研磨液常用于晶圆抛光,随着科技的不断发展,CMP研磨液在玻璃抛光中的作用越来越重要。

Slurry是CMP的关键要素之一,其性能直接影响抛光后表面的质量。Slurry一般由超细固体粒子研磨剂(如纳米级SiO2、Al203粒子等)、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。影响去除速度的因素有: slurry的化学成分、浓度;磨粒的种类、大小、形状及浓度slurry的粘度、pH值、流速、流动途径等。常用的Slurry有氧化铈,氧化铝,氧化硅等氧化物磨粒;出于环保考虑,目前有些研究放在对于水基复合环保型抛光液的研制及改良中。由于微纳米级磨料粒子极易团聚,团聚而成的大颗粒会在光学玻璃表面产生划痕缺陷,因此制备抛光液时必须解决磨料粒子的团聚问题,使磨料粒子均匀分散在基体中,并具有好的分散稳定性。

究其本质,对于Slurry分散稳定性研究,其实是考察Slurry中的working particle和“bad particle”;working particle指的是在CMP过程中起到研磨作用的粒子;而“bad particle”指的是会引起划痕缺陷,降低良率的粒子;“working particle”的平均粒径大小一定程度上确定了是用在什么等级的抛光工艺,是粗抛还是精抛;“bad particle”的数量则影响抛光工艺中产生的划痕缺陷数量。好的Slurry在CMP过程中是希望保留更多的“working particle”,用以获得高的抛光效率;同时希望获得最少的“bad particle”,用以获得最少的划痕缺陷。所以,好的Slurry需要兼顾“working particle”和“bad particle”即是需要兼顾“效率”和“良率”。图2:CMP抛光微观示意图。

 

PSS粒度仪为Slurry粒度检测提供整套解决方案,Nicomp 380设备可测试Slurry粒径分布,PI值,提供“working particle”信息;AccuSizer 系列设备可对Slurry中大颗粒即“bad particle”进行计数,量化“bad particle”信息;如下案例所示,(放AD彩页中粉材案例)

Tips: 目前全球著名的玻璃制造公司:Kyocera Corporation,圣戈班康宁公司,AGC,Vitro,肖特,Coorstek Group,Morgan Advanced Materials,AIS Glass,Nippon Electric Glass Co.Ltd.等。

参考资料:

王远, 李焕峰. 曲面手机玻璃的一种抛光工艺[J]. 玻璃, 2017(4).

王艳芝, 孙长红, 张旺玺, et al. 水基抛光液的分散性改善方法和应用研究综述[J]. 中原工学院学报, 2019, 30(01):24-28.

 

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