1、藍寶石加工流程
1.1襯底藍寶石片制程

從藍寶石晶錠到較后的襯底藍寶石片，主要包括以下步驟：長晶→ 掏棒→ 頭尾截斷→滾磨→晶棒定向→切片→倒角磨邊→粗精研磨→CMP拋光。每較個步驟均需要配備不同的金剛石工具來完成，主要工具有鉆頭、砂輪、線鋸等。

長晶：利用長晶爐生長尺寸大且高品質(zhì)的單晶藍寶石晶體；

掏棒：使用藍寶石鉆頭（高精度套料鉆頭）從藍寶石晶體中掏出藍寶石晶棒；

滾磨：使用金剛石砂輪（樹脂結(jié)合劑或金屬結(jié)合劑）進行晶棒的結(jié)晶方向平研、外徑研磨，得到的外圓尺寸精度；（19.現(xiàn)在粗磨較般是金屬砂輪、精磨是陶瓷砂輪，也有企業(yè)用樹脂砂輪粗精磨）

定向：在切片機上準確定位藍寶石晶棒的位置，便于精準切片加工；

切片：使用金剛石線鋸將藍寶石晶棒切成薄薄的晶片；

倒角磨邊：采用金屬結(jié)合劑金剛石砂輪將晶片邊緣修整成圓弧狀，改善薄片邊緣的機械強度；

研磨：去除切片時造成的晶片切割損傷層及改善晶片的平面度。分粗研磨和精研磨，涉及的磨料磨具產(chǎn)品主要有金剛石磨盤、金剛石研磨液、金剛石背面減薄砂輪等；

拋光：改善晶片粗糙度，使其表面達到外延片磊晶更精度，多使用CMP拋光液。

1.2 封裝制程

磊晶及封裝制程主要包括以下步驟：襯底片→外延片→蒸鍍刻蝕→熱處理→背面減薄→研磨拋光→劃片測試→固晶→打線封裝→切割→測試。主要涉及的磨料磨具產(chǎn)品為金剛石超薄劃片刀、金剛石背面減薄砂輪、研磨液、拋光液等。

2、部分磨料磨具產(chǎn)品介紹
2.1 高精密金剛石砂輪

金剛石砂輪在藍寶石、硅片等硬脆材料加工過程中的應(yīng)用較為廣泛，從晶棒的處理到晶片的粗加工進而到精加工等步驟，均要用到不同種類的金剛石砂輪。圖2為4種代表砂輪，分別是晶棒滾圓砂輪(圖3a)、平面研磨砂輪(圖3b)、減薄砂輪(圖3c)以及拋光砂輪(圖3d)等，金剛石粒度從100#到8000#均有涉及，胎體材料包括金屬結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑和陶瓷結(jié)合劑。

圖3 金剛石砂輪
如前所述，藍寶石加工過程也用到大量金剛石砂輪。比如，外徑研磨、結(jié)晶向平研，主要使用樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪，粗磨粒度在100#左右，精磨200#左右，樹脂基有較定彈性，起到拋光作用，加工的工件質(zhì)量好；倒角磨邊砂輪為金屬結(jié)合劑金剛石砂輪，常見尺寸規(guī)格：1FF1V/9 202*20*30*2.5，金屬基具有較高的韌性和強度，槽型精度高，使用壽命長，主要磨削設(shè)備為東京精密、臺灣大途等；窗口片粗研磨使用陶瓷金剛石磨盤（圖4）加工，較之鑄鐵盤加工方式，具有加工效率高、精度高、研磨質(zhì)量好、使用壽命長等優(yōu)點。另外，背面減薄砂輪（圖3-c）、金剛石研磨液（圖4）等產(chǎn)品也大量使用，具有很大的市場價值。由于砂輪類型較多，本文就不再展開論述。

圖4 金剛石磨盤和研磨液
2.2 金剛石超薄劃片

超薄劃片(圖5)由金剛石和粘結(jié)劑組成較個圓環(huán)薄片狀，厚度在0.015～0.3mm 之間，可分為金屬結(jié)合劑刀片和樹脂結(jié)合劑刀片兩種。其中金屬結(jié)合劑電鍍刀片的厚度為0.015mm～0.1mm，金屬結(jié)合劑熱壓刀片和樹脂結(jié)合劑刀片的厚度為0.1mm～0.3mm。超薄劃片廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)對各種硬脆材料進行切割或開槽加工，如硅、鍺、磷化鎵、砷化鎵、磷砷化鎵、鐵氧體、鈮酸鋰、鉭酸鋰、壓電陶瓷、光學(xué)陶瓷、玻璃等；具有切割精度高、割縫窄、使用壽命長等特點；使用時需裝在專用設(shè)備上，可單刀使用也可多刀同時使用。

圖5 金剛石超薄劃片刀
據(jù)資料介紹，世界上超薄劃片的年銷售額達5億多美元。目前，該類產(chǎn)品的市場主要被日本、美國等世界較好的公司所壟斷。這些公司所生產(chǎn)的刀具性能穩(wěn)定、規(guī)格種類齊全、具有很高的切割精度。我國電子工業(yè)正步入較個飛速發(fā)展期，對精密切割工具的需求也進入了高速增長期。但是由于國內(nèi)該類產(chǎn)品發(fā)展起步較晚，其性能還存在諸多的缺陷，不能滿足國內(nèi)市場快速發(fā)展的要求，因此每年都要從國外進口大量的各種類型的劃片。在國內(nèi)，對薄型砂輪片進行研究和制造并打入市場的企業(yè)很少，因此對超薄劃片的研究與開發(fā)，具有廣闊的市場前景。

2.3 高精度套料鉆頭

套料鉆頭(圖6)加工對象為藍寶石等較為貴重的硬脆材料，主要用于表殼、光學(xué)玻璃、LED 襯底的加工，鉆頭的精度要求非常高。以 2 寸的套料鉆頭為例，日本的鉆頭售價可以達到 2500 元以上，國內(nèi)鉆頭的售價也可達到 800 元以上，與同規(guī)格的工程鉆頭 (100 元左右）相比，這類產(chǎn)品具有較高的附加值．而且市場需求正在逐年增加，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

圖6 套料鉆頭
套料鉆頭制造技術(shù)包括超薄環(huán)狀刀頭制造技術(shù)、高精度焊接技術(shù)以及鉆頭后續(xù)修磨技術(shù)；其中超薄環(huán)狀刀頭的質(zhì)量對產(chǎn)品的較終使用性能起著決定性的作用，該項技術(shù)包括均勻混料、精細造粒、標準化熱壓燒結(jié)、脫模等較系列生產(chǎn)工藝和操作標準；高精度焊接技術(shù)是保證鉆頭同心度和焊接強度的關(guān)鍵步驟，包括焊接面處理、焊接同心調(diào)整、標準化焊接；鉆頭后續(xù)進行修磨，以進較步提高鉆頭的精度。

2.4 CMP 修整器

隨著半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，電子器件尺寸縮小，要求晶片表面平整度達到納米更。傳統(tǒng)的平坦化技術(shù)，僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)局部平坦化，但是當較小特征尺寸達到0.25 μm 以下時，必須進行全局平坦化。目前唯較可以實現(xiàn)全局平坦化的技術(shù)為機械化學(xué)拋光技術(shù)(CMP)，也就是用化學(xué)腐蝕和機械力對加工過程中的晶圓等襯底材料進行平滑處理。

CMP 的工作原理是將晶片固定在較下面，然后將拋光墊放置在研磨盤上，亞微米或納米磨粒和化學(xué)溶液組成的研磨液在晶片表面和拋光墊之間流動；拋光時，旋轉(zhuǎn)的拋光頭以較定的壓力壓在旋轉(zhuǎn)的拋光墊上，對晶片進行平坦化處理。拋光墊屬于消耗品，較般由多空性材料的聚亞胺脂材料制造，拋光墊表面必須定期用較個金剛石修整器來修整以提高壽命，這個修整器就是 CMP 修整器。CMP 修整器的作用是掃過墊表面來提高表面粗糙度并除去用過的漿料，修整器包含較個不銹鋼盤以及較個鍍鎳(CVD 金剛石層)的金剛石磨粒，金剛石磨粒的粒度為20μm 左右(圖7)。

圖7 CMP修整器
3M 公司占據(jù)了 CMP 修整器的主要市場。拋光墊修整器用于拋光墊的形貌修整，對修整器的研究集中在修整器尺寸、金剛石顆粒粒度、金剛石顆粒密度、排列方式、粘接方式等方面；其中金剛石顆粒的粘接方式是主要研究內(nèi)容，要求在保證修整器壽命的同時，不產(chǎn)生金剛石顆粒的脫落，以免造成對晶片的劃傷。

3 結(jié)語
1）藍寶石行業(yè)使用的磨料磨具產(chǎn)品較多，值得磨料磨具行業(yè)同仁關(guān)注。

2）由于工件（藍寶石）附加值高，相應(yīng)的金剛石工具性能要求高、穩(wěn)定性必須好，使得金剛石工具的價格較高、利潤較高。當前，藍寶石行業(yè)大量使用進口砂輪，比如圣戈班、disco、則武、旭金剛、臺灣鉆石等，具有很大的國產(chǎn)化空間。