試論曲面手機玻璃的一種拋光工藝

侯夢丹 李浩博 富泰華精密電子（鄭州）有限公司

引言：目前，手機顯示面板的材質(zhì)由塑料、鋁合金，發(fā)展為了鋁硅酸鹽玻璃，這種材質(zhì)具有較高的硬性、脆度，屬于典型的薄脆材質(zhì)。曲面做為一種特殊的顯示面板形態(tài)，具有手感舒適、外形美觀、眩光防護作用強等優(yōu)勢，在當下的智能手機市場中受到了消費者的熱捧。

1 曲面手機拋光工藝原理

手機制造工藝是目前發(fā)展非常迅速的工業(yè)產(chǎn)業(yè)，當前的手機顯示面板材質(zhì)主要為高鋁硅玻璃材質(zhì)。與平面手機相比，曲面手機的更薄，通常不超過0.4mm，比平面手機平均薄0.2mm。曲面手機的邊緣弧彎，給手機的拋光帶來了很大的難度。在拋光材質(zhì)選擇上，當前的曲面手機拋光主要應(yīng)用“軟磨硬”的拋光原理，采用CeO2作為拋光液主要成分，配合柔性拋光墊和柔性毛刷，對曲面玻璃進行拋光。在拋光方法上，目前主流的拋光方法有兩種。一種是直接接觸拋光，這種拋光方式利用拋光墊與拋光毛刷對玻璃材質(zhì)的摩擦作用，對曲面玻璃進行拋光。這種摩擦可以是磨料、拋光盤和工件三者摩擦，也可以是固結(jié)磨料和工件兩者摩擦。另一種是非接觸拋光，通過磨料和工件的表層發(fā)生作用，使曲面玻璃表面變得平整。這種方法的成本較高，但能更高程度的保障曲面玻璃表面的光潔性。

2 CMP化學(xué)機械拋光工藝分析

2.1 CMP化學(xué)機械拋光工藝的作用機理

CMP化學(xué)機械拋光技術(shù)，是一種將化學(xué)拋光與機械拋光方法有機結(jié)合的現(xiàn)代化拋光技術(shù)，在現(xiàn)代曲面手機生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。曲面手機采用的超薄高鋁硅玻璃，具有致密性和耐化性，這種材質(zhì)含有O、Si、Ca、Na、Al、Mg 等元素，其中的鋁氧八面體具有非常高的物理穩(wěn)定性。同時，在一般條件下，抵抗水、酸性溶液、堿性溶液等化學(xué)試劑的腐蝕破壞的能力很高，具有明顯的化學(xué)穩(wěn)定性。因此，CMP化學(xué)機械拋光工藝采用化學(xué)與機械相結(jié)合的方式，尋求技術(shù)突破，對具有高度穩(wěn)定性的玻璃材料進行拋光。首先，配置對玻璃具有水解作用的拋光液對曲面玻璃進行軟化，使曲面玻璃表面產(chǎn)生一層變質(zhì)層。其次，利用帶有棱角的形狀不規(guī)則的拋光粉的微量切削作用，去除變軟的表層。拋光技術(shù)人員調(diào)試拋光粒的大小形狀、運轉(zhuǎn)速度、運轉(zhuǎn)壓力，對曲面玻璃進行拋光。在拋光過程中，高速旋轉(zhuǎn)的拋光液會帶動CeO2拋光粉運動，產(chǎn)生的動能會破壞玻璃表面及亞表面晶體的結(jié)合能，旋轉(zhuǎn)速度越快，對玻璃表面的去除效果也越強。

2.2 CMP化學(xué)機械拋光工藝的拋光液

在CMP化學(xué)機械拋光工藝中，拋光液的配置是關(guān)鍵步驟，是破壞高鋁硅玻璃材質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性，進行后續(xù)的機械拋光的工藝基礎(chǔ)。拋光液的配置有以下幾個要點：第一，拋光液的成分要根據(jù)最終的曲面玻璃生產(chǎn)拋光要求確定，通常情況下，包含磨粒、氧化劑、分散劑、PH試劑等成分，主要由氧化鈰拋光粉構(gòu)成的磨粒，會在拋光液浸泡過程中，對曲面玻璃的表面起到摩擦作用，加速軟化進程。曲面玻璃工件在拋光液的浸泡下，表面會逐漸發(fā)生微化學(xué)反應(yīng)。第二，軟化液的噴施浸泡方式，要根據(jù)玻璃工件的具體形態(tài)與最終工藝要求確定，目前比較先進的方式有超聲精細霧化施液浸泡方法、正交試驗優(yōu)化方法、氧化鈰與鈦鋯混合方法等。第三，在對曲面玻璃工件進行浸泡之后，尤其是調(diào)配了新的拋光液的情況下，要及時對浸泡后的高鋁硅玻璃做維氏壓痕硬度實驗，探索增加或減少的化學(xué)成分對曲面玻璃工件的化學(xué)作用，重點測驗曲面玻璃工件的努普（Knoop）顯微硬度和維氏（Vickers）顯微硬度。

2.3 CMP化學(xué)機械拋光工藝的拋光方法

CMP化學(xué)機械拋光工藝的化學(xué)反應(yīng)原理主要是：Si-O+H2ONaO+→≡Si-OH+NaOH，硅酸鹽玻璃在主要成分為CeO2的拋光液中，與水發(fā)生水解反應(yīng)。這一化學(xué)過程最終產(chǎn)生Si(OH)4，這兩種反應(yīng)是互為因果的。在CMP化學(xué)機械拋光工藝中，化學(xué)反應(yīng)的速度取決于離子交換反應(yīng)Si-O+H2O-NaO+→≡Si-OH+NaOH的速度，曲面玻璃表面的親核進攻作用生成的效果，取決于Si(OH)4+NaOH→[Si(OH)30]- Na++H2O這一進一步反應(yīng)的速度。反應(yīng)產(chǎn)生的Si(OH)4是一種硅酸凝膠物質(zhì)，具有比較高的分散程度，很難溶于水，能夠在曲面玻璃工件表面形成一種層區(qū)別于本身材質(zhì)的較軟的變質(zhì)層。此時，由氧化鈰構(gòu)成的拋光粉，會與變質(zhì)層的硅酸鹽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反應(yīng)，生成大量的Si-O-Ce鍵，這種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)比較松散，會在拋光液中進一步斷裂，催化水解反應(yīng)的進行。同時，高結(jié)晶度的氧化鈰拋光顆粒具有強烈的Si-O-Ce鍵形成傾向，能夠有效的去除曲面玻璃工件表面殘存的變質(zhì)層，對工件進行最終的拋光。在這個過程中，拋光液的PH值始終保持著堿性，氧化鈰顆粒表面攜帶的電荷，會隨著拋光液的PH值的變化而發(fā)生一定程度的變化，通常情況下，拋光技術(shù)人員可以通過PH值的調(diào)節(jié)，促進顆粒之間由相互吸引向相互排斥轉(zhuǎn)變，提高拋光的效率。

3 結(jié)論

綜上所述，CMP化學(xué)機械拋光工藝具有非常明顯的經(jīng)濟實用性與技術(shù)先進性。從本文的分析可知，研究曲面手機的拋光工藝，有助于加深對拋光技術(shù)及其發(fā)展的認識，幫助技術(shù)人員從理論研究的角度，更好的掌握拋光液的配置、拋光磨具的制作與拋光機的改造。因而，曲面手機生產(chǎn)商與拋光技術(shù)人員要注重科學(xué)研究，并將現(xiàn)有理論成果充分應(yīng)用到生產(chǎn)實踐當中去。