一种Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的弹性层及其制备方法
【技术领域】
[0001]
本发明涉及微电子、光电子、柔性显示器衬底制造中的超精密加工技术，特别是一种Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的弹性层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微电子、光电子、集成电路制造是衡量一个国家地位和综合国力的重要标志之一，是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的领域，只有掌握先进的微电子及光电子制造技术才能有效地控制成本和扩大生产规模，才能在激烈的市场竞争中生存和发展。微电子及光电子先进制造作为国民经济的基础产业、先导产业、支柱产业和战略性产业，对我国国民经济、国家安全、人民生活和社会进步正在发挥着越来越重要的作用。
[0003]柔性显示技术正逐渐改善人们的生活和交流，并显著推进着信息可视化。近年来，柔性显示的优势日益突出，柔性电子与作为平板显示的LCD、OLED和等离子体显示相比，具有超薄、质量轻、耐用、储存量大、设计自由，可挠曲、可收卷和耐冲击等性能，广泛适用于移动电话、个人数字助理PDA、笔记本电脑、商标、安全身份文件、电子书、电子海报、汽车仪表板、RF识别系统、传感器、环境显示、医疗、普通照明、机器人感觉皮肤等工业、民用及军事行业，柔性显示器还可以让显示屏更容易成为装饰材料，利用柔性显示的可弯曲特性使得工程设计不局限于平面化，可实现多元化外型的显示模式。
[0004]由于柔性显示巨大的市场前景，许多国家和地区的研究机构及生产厂商投入到柔性显示技术的研究与应用中，并取得了显著的成果。当前，柔性电子还处在即将产业化的前夜，仍然还存在很多的技术瓶颈，对于材料、工艺、设计等还处在研究和探索的阶段。柔性显示技术是集大规模集成电路、精密加工技术、光电子技术于一体高新技术产业，涉及半导体、光学、微电子、化学材料、精密机械与加工等众多的高科技领域。
[0005]柔性显示衬底是研发柔性显示器的基础。平板显示器都是以玻璃基板为衬底制作的，而柔性显示器则是以柔性材料为衬底，其对柔性衬底的表面质量要求与玻璃基板一样，表面平整度和厚度要求非常严格，要实现柔性衬底的表面质量和加工精度，目前最常用的方法是化学机械抛光技术。
[0006]化学机械抛光技术被认为是能兼顾表面粗糙度和表面平整度要求的最好的工艺方法，已成为硬脆性晶体材料、金属材料及其它材料实现表面超光滑无损伤加工的最实用技术之一，并且广泛应用于超大规模集成电路、半导体照明、光学玻璃、平板显示等光电子、微电子、航空航天及机械工程等领域。经过分析与研究，化学机械抛光技术可能是最适合的、且完全能用于大尺寸超薄柔性显示衬底表面的Rol 1-to- Roll高效超精密加工中，来获得超光滑无损伤的加工表面。
[0007]开发柔性显示器的另一个重要因素在于其工艺可能由Sheet-fed batchprocessing (单张批量生产)转换成Roll-to-Roll manufacturing (卷对卷生产)，效率大大提高，意味着显示器的成本可能大大降低。因此，当务之急是研究大尺寸超薄柔性显示衬底的Roll-to-Roll高效生产技术、设备与工艺及超精密加工理论。
[0008]抛光辊是大尺寸超薄柔性显示衬底的Roll-to-Roll化学机械抛光机中的主要部件，由于游离磨料化学机械抛光技术存在很多无法解决的问题，近年来，固结磨料化学机械抛光技术由于其巨大的优越性，有望取代游离磨料化学机械抛光；而固结磨料化学机械抛光辊的制造是一个难题，而抛光辊的弹性层，为刚性层提供一定的弹性支撑作用，在工作时，可起到缓冲作用，保证工件表面的质量及材料去除的均匀性等，但目前，还没有有关固结磨料Roll-to-Roll化学机械抛光辊的制造方面的文献报道，更没有关于固结磨料Roll-to-Roll化学机械抛光辊弹性层制造方面的报道。
[0009]目前，Roll-to-Roll化学机械抛光技术存在的具体问题如下:
(I )Roll-to-Roll抛光机采用传统的游离磨料化学机械抛光技术对超薄柔性衬底材料进行抛光时，造成游离磨粒在抛光辊和工件之间分布的不均匀性，使工件各部分的材料去除率不一致，影响表面平整度。(2)由于抛光液中含有磨料，抛光后一部分磨粒会镶嵌在工件表面，不易清洗。(3)由于抛光液成分复杂，抛光后工件表面残留抛光液的清除是CMP后清洗的难题。(4)固结磨料抛光辊在抛光时表面易产生塑性变形，其表面逐渐变得光滑或微孔堵塞，使其容纳抛光液和排除废肩的能力降低，导致材料去除率随时间下降。需要不断地修整和湿润抛光垫以恢复其表面粗糙度和多孔性，造成效率低。(5) Roll-to-Roll抛光机固结磨料化学机械抛光时，如果只有刚性层没有弹性层，则加工工件表面划伤严重、损伤高、表面质量低。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种加工效率高、磨料利用率高的Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的弹性层及其制备方法。
[0011]本发明的技术方案是，一种Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的弹性层，其特征在于:组分与重量百分比如下:
光固化树脂20%?60%，
附着剂2%~10%
活性稀释剂20%?50%
光引发剂5%?15%
促进剂0.5%?7%
辅助剂0.5%~4%，
填料0.5%~5%。
[0012]所述的光固化树脂为官能度小于4的聚氨酯丙烯酸酯、官能度小于4的聚酯丙烯酸酯中的一种或两种的混合物。
[0013]所述的附着剂为线性大分子聚丙烯酸脂、UV金属底处理剂中的一种或两种的混合物。
[0014]所述的活性稀释剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、二缩丙二醇二丙烯酸酯、三缩丙二醇二丙烯酸酯中的一种或两种的混合物。
[0015]所述的光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯中的一种或两种的混合物。
[0016]所述的促进剂为磷酸三丁酯、聚醚中的一种或两种的混合物。
[0017]所述的辅助剂为对羟基苯甲醚。
[0018]所述的填料为核桃壳粉，直径为75Mm~125Mm。
[0019]一种Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的弹性层的制备方法，其特征是它包括以下步骤:
(1)准备若干玻璃器皿及搅拌器，
(2)按一定的质量比例称量好所选光固化树脂、附着剂、活性稀释剂、光引发剂、促进剂、填料、辅助剂，待用；
(3)将弹性层光固化模具安装在没有固化的抛光辊基体(4)上；
(4)调整光固化机的固化参数:调整抛光辊轴驱动电机转速为60r/min、模具上表面距光源30mm、回转工作台电机转速为60r/min、定时器设置5分钟；
(5)首先将称量好的光固化树脂倒入搅拌器内，然后倒入活性稀释剂、光引发剂、促进剂、附着剂、填料、辅助剂，充分搅拌混合均匀，成为混合物；
(6)将步骤(5)制成的混合物倒入步骤(3)所安装好的弹性层光固化模具内，并充分充满模具内表面与基体之间的空隙；
(7)将步骤(6)的模具及抛光辊一起安装到固结磨料光固化机上；
(8)开机进行光固化；
(9)待光固化机停止运行后，等待5分钟，取出光固化好的抛光辊，安装上刚性层光固化模具，便可以进行下一步刚性层的光固化操作。
[0020]本发明的有益效果:
本发明所制备的Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的弹性层，能实现:
(I)该固结磨料抛光辊的弹性层用于支撑固结磨料抛光辊的刚性层，在抛光过程中，起到有效的缓冲作用，提高了工件表面的加工质量，保证了加工对象的表面平整度。
[0021](2)固结磨料抛光垫的弹性层与不锈钢基体之间不需要粘接剂，采取光固化技术，就能使固结磨料抛光垫的弹性层强有力的附着在不锈钢基体上。
[0022](3)固结磨料抛光垫的刚性层与弹性层之间不需要粘接剂，采取分层固化就能实现每层之间的粘接。
[0023](4)在进行超薄柔性衬底材料的Roll-to-Roll化学机械抛光时，固结磨料抛光垫的弹性层与刚性层联合使用，可提高工件表面的加工质量，降低表面与亚表面损伤，提高材料去除率和材料去除均匀性。
[0024](5)固结磨料抛光辊的弹性层在抛光过程中，不会因吸水产生溶胀，在连续抛光过程中，抛光垫本身的物理化学性质稳定。
[0025]本发明为原创性、具有自主知识产权的创新产品，并且操作过程简单、成本低廉，易于产业化和推广应用，具有广阔的市场前景，经济效益和社会效益显著。
【附图说明】
[0026]图1是本发明所述的固结磨料抛光辊结构图，
图2是本发明所述的固结磨料抛光辊的弹性层光固化模具结构示意图。
[0027]具体实施例:
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。
[0028]实例1:
本发明的基础结构是:
在固结磨料抛光辊的两侧分别设有抛光辊左端支撑机构I和抛光辊右端支撑机构5，固结磨料抛光辊6的外侧设有固结磨料抛光辊基体层4，固结磨料抛光辊基体层的外侧设有弹性层3，弹性层的外侧设有刚性层2，固结磨料抛光辊的弹性层光固化模具7套装在固结磨料抛光辊集体层的外侧。
[0029]本发明设计制造一种Roll-to-Roll化学机械抛光机用固结磨料抛光辊的弹性层，厚度1.5_ ;用于粗抛工序，该固结磨料抛光辊基体直径294_，宽度为600_，如图1所不O
[0030]拟配制100g的混合物:
(1)准备若干玻璃器皿及搅拌器，
(2)分别称量