TW201435436A - 藍寶石面板之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的藍寶石面板之製造方法包括依序進行下述(a)~(h)的步驟：(a)提供藍寶石晶棒；(b)對藍寶石晶棒進行修面磨削製程；(c)從藍寶石晶棒切割出至少一藍寶石面板；(d)對藍寶石面板進行倒角修邊製程；(e)對藍寶石面板進行第一雙面研磨製程；(f)對藍寶石面板進行第二雙面研磨製程；(g)對藍寶石面板進行雙面拋光製程；以及(h)對藍寶石面板進行表面化學處理。
Description
本發明是有關於一種硬脆材料基板之加工方法，且特別是有關於一種藍寶石面板之製造方法。
近年來，隨著智慧型手機等通訊、多媒體技術的發展，面板製造的相關技術亦蓬勃發展。傳統的智慧型手機或中小尺寸之面板幾乎皆以玻璃為材料，玻璃雖然可透過磨邊、化學強化等加工來提高機械強度與耐磨性，仍難以避免破裂刮傷。
除了玻璃以外，藍寶石亦可作為製造面板的材料。藍寶石本身硬度極高，在自然界中僅次於鑽石，若用於智慧型手機或中小尺寸之面板上，可以更加耐磨損、防刮傷，觸控面板之壽命將可延長，外觀亦可長久保持美觀。
此外，藍寶石面板可提供較佳之光學品質控制，亦具有極高之機械強度、高剛性、高抗磨性、高熱傳導係數、耐高熱、耐蝕等諸多優點，因此可應用於高強度之零件。
目前藍寶石基板之製造流程大致如圖1所示。首先，以
晶棒為原料，將晶棒切割成多個基板100後，再分別切割出長方的形面板102，進而再進行修邊、倒角、雙面研磨與拋光等製程(如圖1所示的面板102a、面板102b)，以形成最終所需的面板。
然而，採用如圖1所示的製程時，須以較繁複的製程來加工硬度極高之藍寶石材料，故為極耗時、效率低且成本高的工藝。因此，需要進一步開發適用於面板的藍寶石基板製造方法。
發明人認為，用作面板之藍寶石基板的品質要求，與用於LED的藍寶石基板不相同；藍寶石面板的要求重點在於具備良好之透光性、無目視缺陷(如顆粒殘留、蝕坑與刮痕)、高彎曲強度(flexural strength)等特性。因此，應進行製程上的改良，才能有效提高藍寶石面板的產出。
有鑑於此，本發明之實施例提供一種藍寶石面板之製造方法，其能夠改善先前製程繁複的問題，並可使藍寶石面板之表面品質最適化，而能有效地簡化製程、降低成本、及提高生產效率。
本發明的藍寶石面板之製造方法，包括依序進行下述(a)~(h)的步驟：(a)提供藍寶石晶棒；(b)對藍寶石晶棒進行修面磨削製程；(c)從藍寶石晶棒切割出至少一藍寶石面板；(d)對藍寶石面板進行倒角修邊製程；(e)對藍寶石面板進行第一雙面研磨製程；(f)對藍寶石面板進行第二雙面研磨製程；(g)對
藍寶石面板進行雙面拋光製程；以及(h)對藍寶石面板進行表面化學處理。
在本發明的一實施例中，上述藍寶石晶棒呈長方體狀。
在本發明的一實施例中，上述修面磨削製程中，至少以兩種具有不同粒度的鑽石磨輪進行修面磨削，且先以粒度較粗的鑽石磨輪進行加工，再以粒度較細的鑽石磨輪進行加工。
在本發明的一實施例中，上述倒角修邊製程中，對藍寶石面板的外周(peripheral)進行倒角及/或邊緣細研磨。
在本發明的一實施例中，上述第一雙面研磨製程中，使用包括第一磨料的研磨液來進行研磨，且第一磨料的粒徑範圍為20微米至60微米。
在本發明的一實施例中，上述第一磨料為選自由鑽石、碳化硼、氮化硼、碳化矽或三氧化二鋁所組成的群組。
在本發明的一實施例中，上述第二雙面研磨製程中，使用包括第二磨料的研磨液來進行研磨，且第二磨料的粒徑範圍為3微米至20微米。
在本發明的一實施例中，上述第二磨料為選自由鑽石、碳化硼、氮化硼、碳化矽或三氧化二鋁所組成的群組。
在本發明的一實施例中，上述雙面拋光製程中，使用包括奈米級研磨顆粒的拋光液來進行拋光。
在本發明的一實施例中，上述奈米級研磨顆粒為三氧化二鋁、二氧化矽或其混合物。
在本發明的一實施例中，上述奈米級研磨顆粒的粒徑範圍為20奈米至500奈米。
在本發明的一實施例中，使用包括選自由磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)、氫溴酸(HBr)、硫酸(H2SO4)所組成的群組中的至少一種酸溶液來進行上述表面化學處理。
在本發明的一實施例中，上述酸溶液中，酸的濃度為1 wt%~99 wt%，且於表面化學處理中，環境溫度為100℃~300℃，處理時間為2分鐘~20分鐘。
基於上述，本發明之實施例可提供一種藍寶石面板之製造方法，其能夠改善先前製程繁複且耗時的問題，並可使藍寶石面板之品質最適化。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧基板
102、102a、102b‧‧‧面板
300‧‧‧藍寶石晶體
302‧‧‧藍寶石晶棒
304、304a‧‧‧藍寶石面板
306、308‧‧‧外周
A、A'、B、B'、C、D、E、F‧‧‧面
S201、S202、S203、S204、S205、S206、S207、S208‧‧‧步驟
圖1(a)~圖1(d)是習知的一種面板之製造方法的示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的藍寶石面板之製造方法的流程圖。
圖3(a)~圖3(f)是依照本發明的一實施例的藍寶石面板之製造方法的結構示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的藍寶石面板之製造方法的流程圖；圖3(a)~圖3(f)是依照本發明的一實施例的一種藍寶石面板之製造方法的結構示意圖。
請先參照圖2的流程圖，本發明的藍寶石面板之製造方法包括依序進行下述(a)~(h)的步驟：(a)提供藍寶石晶棒(步驟S201)；(b)對藍寶石晶棒進行修面磨削製程(步驟S202)；(c)從藍寶石晶棒切割出至少一藍寶石面板(步驟S203)；(d)對藍寶石面板進行倒角修邊製程(步驟S204)；(e)對藍寶石面板進行第一雙面研磨製程(步驟S205)；(f)對藍寶石面板進行第二雙面研磨製程(步驟S206)；(g)對藍寶石面板進行雙面拋光製程(步驟S207)；以及(h)對藍寶石面板進行表面化學處理(步驟S208)。
以下，將以圖3(a)~圖3(f)所繪示的實施例搭配圖2，進一步來說明本發明的藍寶石面板之製造方法。應注意的是，本發明可以多種不同的形式實踐，並不限於說明書中所述之實施例。
首先，請參照圖3(a)以及圖3(b)，提供藍寶石晶棒302(步驟S201)。在此實施例中，藍寶石晶棒302為由進行掏棒所得的藍寶石晶體300切割而得，且藍寶石晶棒302呈柱形的長方體狀。
具體而言，一般由圓形鑽取機所掏取的晶棒大致呈圓柱形，因此可依據需求，利用鑽石刀具或鑽石線等，將不太規則的
晶棒切割成長方體或其他形狀，並且去除頭尾不規則之邊料，以得到長方體或所需形狀的藍寶石晶棒。此外，就應用於手機、中小型尺寸面板而言，藍寶石晶棒302較佳為呈長方體狀。
接下來，請參照圖3(b)以及圖3(c)，對藍寶石晶棒302進行修面磨削製程(步驟S202)。具體而言，上述修面磨削製程例如是對藍寶石晶棒302的面C、面D、面E以及面F進行磨削，以形成如圖3(c)所示的藍寶石晶棒302(即，面A、面B大致呈圓角矩形的形狀)。然而，所屬領域中具通常知識者應理解，進行修面磨削製程後的藍寶石晶棒302外型並不限於此，也可將藍寶石晶棒磨削為較不規則的外型。實際上可依照需求來進行調整，以獲得製程所需的面板。
於上述修面磨削製程中，可至少以兩種具有不同粒度的鑽石磨輪進行修面磨削，且先以粒度較粗的鑽石磨輪進行加工，再以粒度較細的鑽石磨輪進行加工。上述鑽石磨輪例如是粒度在10微米~200微米範圍內。上述粒度較粗的鑽石磨輪例如是粒度在50微米~100微米範圍內，考慮對藍寶石進行磨削的效率，較佳為粒度在60微米~80微米範圍內。上述粒度較細的鑽石磨輪例如是粒度在10微米~50微米範圍內，考慮對藍寶石進行磨削的效率，較佳為粒度在20微米~40微米範圍內。就節省加工步驟而言，較佳為以兩種具有不同粒度的鑽石磨輪進行修面磨削。
如上所述，於修面磨削製程(步驟S201)中，藉由對藍寶石晶棒進行初步的修面磨削，即能夠大致決定所需面板的形狀
以及尺寸大小。
接下來，請參照圖3(d)以及圖3(e)，從藍寶石晶棒302切割出至少一藍寶石面板304(步驟S203)。具體而言，可使用鑽石線來對晶棒進行切割，以得到呈片狀的藍寶石面板。就能夠有效降低切割痕並減少材料耗損而言，鑽石線較佳的是選用線徑較細、鑽石粒徑較小者，例如線徑為0.120 mm~0.250 mm，而鑽石粒徑在20微米~60微米的鑽石線對於藍寶石晶棒具有較佳的切割效果，可依需求進行參數的最佳化。藍寶石切片的厚度並無特別限制，一般約在400微米到1000微米之間。
然後，請參照圖3(e)以及圖3(f)，對藍寶石面板304進行倒角修邊製程(步驟S204)。在倒角修邊製程中，例如是對藍寶石面板的外周進行倒角及/或邊緣研磨，但並不限於此。在此實施例中，主要是對藍寶石面板304的外周306及外周308進行倒角加工，而得到經倒角修邊的藍寶石面板304a。
應注意，於對藍寶石面板304進行倒角修邊製程(步驟S204)中，為了進一步提高面板的邊緣品質以及面板機械強度，可使用更細的軟質鑽石磨輪(例如具有2微米到6微米規格的鑽石磨輪)，藉此，能夠獲得更優異的研磨效果。
接下來，對經過倒角修邊處理的藍寶石面板304a進行第一雙面研磨製程(步驟S205)。應注意，由於後續的步驟S205~步驟S208均是對藍寶石面板進行細部修飾或表面處理，因此圖示中並未特別繪示，若有對結構部份的說明，可參考圖3(f)中所
繪示的藍寶石面板304a。
具體而言，雙面研磨製程例如是對藍寶石面板304a的面A'以及面B'進行研磨。在第一雙面研磨製程中，可使用包括第一磨料、水以及分散劑的研磨液來進行研磨。第一磨料的粒徑範圍例如是20微米至60微米，若粒徑為在30微米~45微米的範圍內，可獲得更佳的研磨效果。
上述第一磨料可選自由鑽石、碳化硼、氮化硼、碳化矽或三氧化二鋁所組成的群組，其中較佳為使用碳化矽。此外，上述分散劑例如是乙二醇，但不限於此。研磨液中第一磨料、水以及分散劑的組成比例並無特別限制，所屬領域中具通常知識者可依製程需求進行調整。
藉由對藍寶石面板進行第一次的雙面研磨(粗研磨)，可將藍寶石面板的厚度減少至適當值，並可有效地移除先前鑽石線之切割痕與一部分的損傷層。
具體而言，上述的雙面研磨製程可藉由下述方法進行：先將藍寶石面板以遊輪片固定於雙拋機之金屬台面上，一邊由研磨機台的上盤供給研磨液，一邊使藍寶石面板和上下研磨台面相對地旋轉，以使藍寶石面板在研磨台上擦動，而對藍寶石面板的兩面同時進行研磨。此外，研磨機台下壓力例如是50 g/cm2至600 g/cm2，研磨台轉速例如是50 rpm至150 rpm，而進行研磨的時間例如是10分鐘至1小時，藉由將研磨條件設在此些範圍內，可效率良好地對藍寶石面板進行研磨。
之後，再對上述藍寶石面板304a進行第二雙面研磨製程(步驟S206)。在第二雙面研磨製程中，可使用包括第二磨料、水以及分散劑的研磨液來進行研磨。第二磨料的粒徑範圍例如是3微米至20微米，若粒徑為在10微米~15微米的範圍內，可獲得更優異的研磨效果，並可使表面粗糙度達到面板規格之要求。
上述第二磨料可選自由鑽石、碳化硼、氮化硼、碳化矽或三氧化二鋁所組成的群組，其中較佳為使用碳化矽。此外，上述分散劑例如是乙二醇，但不限於此。研磨液中第二磨料、水以及分散劑的組成比例並無特別限制，所屬領域中具通常知識者可依製程需求進行調整。
藉由使用粒徑較小的磨料對藍寶石面板進行第二次的雙面研磨(細研磨)，可進一步降低面板上的損傷層的厚度以及劃痕深度，改善面板表面品質。應注意，第二雙面研磨製程中的其他條件可設為與上述第一雙面研磨製程相同，然而，所屬領域中具有通常知識者亦可視實際情況對各種參數條件(如壓力、轉速、研磨時間等)進行調整。
而後，對上述藍寶石面板304a進行雙面拋光製程(步驟S207)。雙面拋光製程例如是進一步對藍寶石面板304a的面A'以及面B'進行研磨。
在此雙面拋光製程中，可使用包括奈米級研磨顆粒、水以及pH調節劑的拋光液來進行拋光。上述奈米級研磨顆粒例如是三氧化二鋁、二氧化矽或其混合物，其中，使用合適粒徑大小的
三氧化二鋁可具更有效率的拋光效果。此外，上述奈米級研磨顆粒的粒徑範圍例如是20奈米至500奈米，若粒徑為在100奈米~300奈米的範圍內，拋光效果更佳。上述pH調節劑例如是氫氧化鉀或氫氧化鈉，但不限於此。具體而言，所使用的拋光液中，奈米級研磨顆粒、水以及pH調節劑的組成比例較佳為9.50~11.00，但實際上亦可有其他的組成比例，並不限於此。
此外，拋光機台下壓力例如是200 g/cm2至1,000 g/cm2。研磨台轉速例如是50 rpm至150 rpm。研磨時間例如是10分鐘至1小時，但不限於此。藉由對藍寶石面板進行雙面拋光，可移除絕大部分的損傷層以及劃痕，並可使藍寶石面板之表面粗糙度以及光潔度達到接近玻璃面板等級的要求。
接下來，對上述藍寶石面板304a進行表面化學處理(步驟S208)。具體而言，可使用包括選自由磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)、氫溴酸(HBr)、硫酸(H2SO4)所組成的群組中的至少一種酸溶液來進行表面化學處理。其中，考慮表面處理效率與效果，較佳的是高濃度磷酸(H3PO4)與高濃度硫酸(H2SO4)的組合酸，其比例為1：5到約5：1。
上述酸溶液中，酸的濃度例如是1 wt%~99 wt%，較佳為5 wt%~99 wt%，更佳為50 wt%~98 wt%。於表面化學處理中，環境溫度較佳為100℃~300℃，就反應效率而言，更佳為在150℃~250℃的溫度範圍內。另外，藍寶石面板在溶液中的處理時間例如是2分鐘~25分鐘，較佳為2分鐘~20分鐘，但並不限於此。
藉由對藍寶石面板之表面進行上述化學處理，可以幾乎移除損傷層與劃痕，並且使藍寶石面板之表面粗糙度與光潔度超越玻璃面板等級之要求。
此外，上述表面化學處理對於任何機械拋光所產生的極細微之紋路均可產生平滑化效果(smoothing effect)。更進一步而言，面板(尤其是藍寶石面板的四周邊緣)可能存在微裂縫(micro-crack)，而藉由進行上述表面化學處理，能夠透過化學作用而使裂縫的尖端產生鈍化(blunting)效果，進而可對整片面板產生強化效果，並提高彎曲強度(flexural strength)。
本發明的藍寶石面板之製造方法可更包括清洗與質檢的步驟，以確認所完成的藍寶石面板之品質。
綜上所述，本發明所提供的藍寶石面板之製造方法能夠改善先前製程繁複的問題，並可使藍寶石面板之表面品質最適化，而有效地簡化製程、降低成本，進而提高產量及效率。
下文中，將提出實驗例以對本發明進行更詳細的說明。應注意的是，以下各實驗例僅是用來進一步說明在特定條件下，本發明的藍寶石面板之製造方法之效果，而並非用以限定本發明之範圍。
在此實驗例中，依序進行如上所述之(a)提供藍寶石晶棒、(b)對藍寶石晶棒進行修面磨削製程、(c)從藍寶石晶棒切
割出至少一藍寶石面板、(d)對藍寶石面板進行倒角修邊製程、(e)對藍寶石面板進行第一雙面研磨製程、(f)對藍寶石面板進行第二雙面研磨製程、(g)對藍寶石面板進行雙面拋光製程、以及(h)對藍寶石面板進行表面化學處理的步驟。在此實驗例中，從藍寶石晶棒切割出厚度約為600微米的藍寶石面板，而其他步驟(c)~步驟(h)的參數設定如下表1所示。
其中，在雙面拋光製程中所使用的拋光液是採用台灣永潤公司製造之拋光溶液，拋光墊為DOW公司製造的Suba 800(型號名)，拋光機台為Speedfam之雙面研磨與拋光機。
此外，以(b)修面磨削製程為例，表1所對應記載的內容表示在進行(b)修面磨削製程時，可依序使用粒徑為60 μm、18 μm以及3 μm(或者6 μm)的磨輪來進行磨削。其中，以粒徑為3 μm(或者6 μm)的磨輪進行磨削之步驟可視情況而選擇性地進行。其餘製程條件亦以類似的方式記載。
實驗結果如下表2所示。表2中顯示了作為比較例的各種面板的規格以及由本發明的藍寶石面板製造方法而得到的藍寶石面板的規格。其中，比較例1的玻璃面板為康寧公司製造的Gorilla 2319；比較例2的玻璃面板為US 2011/0003619中所記載的日本Hoya的專利面板；比較例3則使用Monocrystal公司的C軸藍寶石基板。
由表2的結果可知，藉由本發明的藍寶石面板之製造方法所獲得的藍寶石面板(實驗例1)可至少具有與強化玻璃面板相同或更佳之表面品質，而能夠適用於手機之觸控面板、或其他中小型尺寸面板等用途。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S201、S202、S203、S204、S205、S206、S207、S208‧‧‧步驟
Claims (13)
- 一種藍寶石面板之製造方法，包括依序進行下述(a)~(h)的步驟：(a)提供一藍寶石晶棒；(b)對該藍寶石晶棒進行一修面磨削製程；(c)從該藍寶石晶棒切割出至少一藍寶石面板；(d)對該藍寶石面板進行一倒角修邊製程；(e)對該藍寶石面板進行一第一雙面研磨製程；(f)對該藍寶石面板進行一第二雙面研磨製程；(g)對該藍寶石面板進行一雙面拋光製程；以及(h)對該藍寶石面板進行一表面化學處理。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石面板之製造方法，其中該藍寶石晶棒呈長方體狀。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石面板之製造方法，其中於該修面磨削製程中，以至少兩種具有不同粒度的鑽石磨輪進行修面磨削，且先以粒度較粗的鑽石磨輪進行加工，再以粒度較細的鑽石磨輪進行加工。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石面板之製造方法，其中於該倒角修邊製程中，對該藍寶石面板的外周進行倒角及/或邊緣研磨。
- 如申請專利範圍第1項所述的藍寶石面板之製造方法，其中於該第一雙面研磨製程中，使用包括一第一磨料的研磨液來進 行研磨，且該第一磨料的粒徑範圍為20微米至60微米。
- 如申請專利範圍第5項所述的藍寶石面板之製造方法，其中該第一磨料為選自由鑽石、碳化硼、氮化硼、碳化矽或三氧化二鋁所組成的群組。
- 如申請專利範圍第1項之藍寶石面板之製造方法，其中於該第二雙面研磨製程中，使用包括一第二磨料的研磨液來進行研磨，且該第二磨料的粒徑範圍為3微米至20微米。
- 如申請專利範圍第7項之藍寶石面板之製造方法，其中該第二磨料為選自由鑽石、碳化硼、氮化硼、碳化矽或三氧化二鋁所組成的群組。
- 如申請專利範圍第1項之藍寶石面板之製造方法，其中於該雙面拋光製程中，使用包括一奈米級研磨顆粒的拋光液來進行拋光。
- 如申請專利範圍第9項之藍寶石面板之製造方法，其中該奈米級研磨顆粒為三氧化二鋁、二氧化矽或其混合物。
- 如申請專利範圍第9項之藍寶石面板之製造方法，其中該奈米級研磨顆粒的粒徑範圍為20奈米至500奈米。
- 如申請專利範圍第1項之藍寶石面板之製造方法，其中使用包括選自由磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)、氫溴酸(HBr)、硫酸(H2SO4)所組成的群組中的至少一種酸溶液來進行該表面化學處理。
- 如申請專利範圍第12項之藍寶石面板之製造方法，其中 於該酸溶液中，酸的濃度為1 wt%~99 wt%，且於該表面化學處理中，環境溫度為100℃~300℃，處理時間為1分鐘~10分鐘。
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