一種Roll-to-Roll化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)用固結(jié)磨料拋光輥的剛性層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子、光電子、柔性顯示器襯底制造中的超精密加工技術(shù)，特別是一種Roll-to-Roll化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)用固結(jié)磨料拋光輥的剛性層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子、光電子、集成電路制造是衡量一個國家地位和綜合國力的重要標(biāo)志之一，是當(dāng)今世界競爭最激烈、發(fā)展最迅速的領(lǐng)域，只有掌握先進(jìn)的微電子及光電子制造技術(shù)才能有效地控制成本和擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，才能在激烈的市場競爭中生存和發(fā)展。微電子及光電子先進(jìn)制造作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)、先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)、支柱產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，對我國國民經(jīng)濟(jì)、國家安全、人民生活和社會進(jìn)步正在發(fā)揮著越來越重要的作用。
[0003]柔性顯示技術(shù)正逐漸改善人們的生活和交流，并顯著推進(jìn)著信息可視化。近年來，柔性顯示的優(yōu)勢日益突出，柔性電子與作為平板顯示的LCD、OLED和等離子體顯示相比，具有超薄、質(zhì)量輕、耐用、儲存量大、設(shè)計自由，可撓曲、可收卷和耐沖擊等性能，廣泛適用于移動電話、個人數(shù)字助理PDA、筆記本電腦、商標(biāo)、安全身份文件、電子書、電子海報、汽車儀表板、RF識別系統(tǒng)、傳感器、環(huán)境顯示、醫(yī)療、普通照明、機(jī)器人感覺皮膚等工業(yè)、民用及軍事行業(yè)，柔性顯示器還可以讓顯示屏更容易成為裝飾材料，利用柔性顯示的可彎曲特性使得工程設(shè)計不局限于平面化，可實現(xiàn)多元化外型的顯示模式。
[0004]由于柔性顯示巨大的市場前景，許多國家和地區(qū)的研究機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)廠商投入到柔性顯示技術(shù)的研究與應(yīng)用中，并取得了顯著的成果。當(dāng)前，柔性電子還處在即將產(chǎn)業(yè)化的前夜，仍然還存在很多的技術(shù)瓶頸，對于材料、工藝、設(shè)計等還處在研究和探索的階段。柔性顯示技術(shù)是集大規(guī)模集成電路、精密加工技術(shù)、光電子技術(shù)于一體高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，涉及半導(dǎo)體、光學(xué)、微電子、化學(xué)材料、精密機(jī)械與加工等眾多的高科技領(lǐng)域。
[0005]柔性顯示襯底是研發(fā)柔性顯示器的基礎(chǔ)。平板顯示器都是以玻璃基板為襯底制作的，而柔性顯示器則是以柔性材料為襯底，其對柔性襯底的表面質(zhì)量要求與玻璃基板一樣，表面平整度和厚度要求非常嚴(yán)格，要實現(xiàn)柔性襯底的表面質(zhì)量和加工精度，目前最常用的方法是化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)。
[0006]化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)被認(rèn)為是能兼顧表面粗糙度和表面平整度要求的最好的工藝方法，已成為硬脆性晶體材料、金屬材料及其它材料實現(xiàn)表面超光滑無損傷加工的最實用技術(shù)之一，并且廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體照明、光學(xué)玻璃、平板顯示等光電子、微電子、航空航天及機(jī)械工程等領(lǐng)域。經(jīng)過分析與研究，化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)可能是最適合的、且完全能用于大尺寸超薄柔性顯示襯底表面的Rol 1-to- Roll高效超精密加工中，來獲得超光滑無損傷的加工表面。
[0007]開發(fā)柔性顯示器的另一個重要因素在于其工藝可能由Sheet-fed batchprocessing (單張批量生產(chǎn))轉(zhuǎn)換成Roll-to-Roll manufacturing (卷對卷生產(chǎn))，效率大大提高，意味著顯示器的成本可能大大降低。因此，當(dāng)務(wù)之急是研究大尺寸超薄柔性顯示襯底的Roll-to-Roll高效生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備與工藝及超精密加工理論。
[0008]拋光輥是大尺寸超薄柔性顯示襯底的Roll-to-Roll化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)中的主要部件，由于游離磨料化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)存在很多無法解決的問題，近年來，固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)由于其巨大的優(yōu)越性，有望取代游離磨料化學(xué)機(jī)械拋光；而固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光輥的制造是一個難題，而拋光輥的剛性層，直接與工件表面接觸，它的質(zhì)量及性能直接影響拋光生產(chǎn)的材料去除率和表面質(zhì)量等，但目前，還沒有有關(guān)固結(jié)磨料Ro 11-to-Ro 11化學(xué)機(jī)械拋光輥的制造方面的文獻(xiàn)報道，更沒有關(guān)于固結(jié)磨料Roll-to-Roll化學(xué)機(jī)械拋光輥剛性層制造方面的報道。
[0009]目前，Roll-to-Roll游離磨料化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)存在的具體問題如下:
(I )Roll-to-Roll拋光機(jī)采用傳統(tǒng)的游離磨料化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)對超薄柔性襯底材料進(jìn)行拋光時，造成游離磨粒在拋光輥和工件之間分布的不均勻性，使工件各部分的材料去除率不一致，影響表面平整度。(2)由于拋光液中含有磨料，拋光后一部分磨粒會鑲嵌在工件表面，不易清洗。(3)由于拋光液成分復(fù)雜，拋光后工件表面殘留拋光液的清除是CMP后清洗的難題。(4)固結(jié)磨料拋光輥在拋光時表面易產(chǎn)生塑性變形，其表面逐漸變得光滑或微孔堵塞，使其容納拋光液和排除廢肩的能力降低，導(dǎo)致材料去除率隨時間下降。需要不斷地修整和濕潤拋光墊以恢復(fù)其表面粗糙度和多孔性，造成效率低。
[0010]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種加工效率高、磨料利用率高的Roll-to-Roll化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)用固結(jié)磨料拋光輥的剛性層及其制備方法。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種Roll-to-Roll化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)用固結(jié)磨料拋光輥的剛性層，其特征在于:其組分與重量百分比的比例如下:
磨料0.5%~10%，
光固化樹脂5%?45%，
活性稀釋劑5%?41%，
光引發(fā)劑4%?7%，
促進(jìn)劑0.05%?5%，
表面性能調(diào)節(jié)劑0.05%?3%，
輔助劑0.05%~5%，
填料1%~4%，
顏料0.02%。
[0012]
所述的磨料為白剛玉微粉、碳化硅微粉、二氧化鈰微粉或金剛石微粉中的一種或二種混合物，這些微粉的粒徑是50nm~56 μ m。
[0013]所述的光固化樹脂為改性環(huán)氧丙烯酸脂、官能度大于3的聚氨酯丙烯酸酯、官能度大于3的聚酯丙烯酸酯中的一種或兩種的混合物。
[0014]所述的活性稀釋劑為季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二縮三羥甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的一種或兩種的混合物。
[0015]所述的光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、2，4，6_三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦中的一種或兩種的混合物。
[0016]所述的促進(jìn)劑為聚二甲基硅油、改性聚硅氧烷中的一種或兩種的混合物。
[0017]所述的表面性能調(diào)節(jié)劑為硬脂酸鋁、桐油、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟中的一種或兩種的混合物。
[0018]所述的輔助劑為2，6- 二叔丁基對甲苯酚。
[0019]所述的填料為白炭黑、高嶺土、滑石粉、硅藻土中的一種或兩種的混合物。
[0020]一種Roll-to-Roll化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)用固結(jié)磨料拋光輥的剛性層的制備方法，其特征是它包括以下步驟:
(1)準(zhǔn)備若干玻璃器皿及攪拌器，
(2)按一定的質(zhì)量比例稱量好所選磨粒、光固化樹脂、活性稀釋劑、光引發(fā)劑、促進(jìn)劑、表面性能調(diào)節(jié)劑、填料、輔助劑、顏料，待用；
(3)將剛性層光固化模具安裝在已光固化好彈性層的拋光輥上；
(4)首先將稱量好的光固化樹脂倒入攪拌器內(nèi)，然后倒入磨料，攪拌均勻，再倒入活性稀釋劑、光引發(fā)劑、促進(jìn)劑、表面性能調(diào)節(jié)劑、填料、輔助劑、顏料，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍蔀楹チ５幕旌衔铮?br> (5)將步驟(4)制成的混合物倒入步驟(3)所安裝好的剛性層光固化模具內(nèi)，并充分充滿模具內(nèi)表面與彈性層之間的空隙；
(6)將步驟(5)的模具及拋光輥一起安裝到固結(jié)磨料光固化機(jī)上；
(7)開機(jī)按照如下的光固化機(jī)的固化參數(shù):調(diào)整拋光棍軸驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速為50r/min、模具上表面距光源20mm、回轉(zhuǎn)工作臺電機(jī)轉(zhuǎn)速為50r/min、定時器設(shè)置5分鐘，進(jìn)行光固化；
(8)待光固化機(jī)停止運(yùn)行后，等待5分鐘，取出光固化好的拋光輥，即可使用；
(9)如果必要時，可以在剛性層外面再固化一層剛性層。
[0021 ] 模具的材料可選擇為無機(jī)透明玻璃材質(zhì)。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明可實現(xiàn):
(I)該固結(jié)磨料拋光輥的剛性層保證了加工對象的表面平整度、材料去除率。
[0023](2)該固結(jié)磨料拋光輥含磨料剛性層的外表面，可以通過剛性層光固化模具(見圖
2)固化成不同的形狀，如圓柱凸臺陣列形狀、方形網(wǎng)格陣列形狀等，不同的凸臺尺寸、網(wǎng)格尺寸可以通過模具來實現(xiàn)，實現(xiàn)高效高性能加工。
[0024](3)固結(jié)磨料拋光墊的剛性層與彈性層之間不需要粘接劑，采取分層固化就能實現(xiàn)每層之間的粘接。
[0025](4)用固結(jié)磨料拋光輥進(jìn)行超薄柔性襯底材料的Roll-to-Roll化學(xué)機(jī)械拋光時，拋光液中不含磨料，拋光液成份變得簡單，拋光后工件表面清洗簡單，另外，由于拋光液中沒有磨料，使工件