试论曲面手机玻璃的一种抛光工艺

侯梦丹 李浩博 富泰华精密电子（郑州）有限公司

引言：目前，手机显示面板的材质由塑料、铝合金，发展为了铝硅酸盐玻璃，这种材质具有较高的硬性、脆度，属于典型的薄脆材质。曲面做为一种特殊的显示面板形态，具有手感舒适、外形美观、眩光防护作用强等优势，在当下的智能手机市场中受到了消费者的热捧。

1 曲面手机抛光工艺原理

手机制造工艺是目前发展非常迅速的工业产业，当前的手机显示面板材质主要为高铝硅玻璃材质。与平面手机相比，曲面手机的更薄，通常不超过0.4mm，比平面手机平均薄0.2mm。曲面手机的边缘弧弯，给手机的抛光带来了很大的难度。在抛光材质选择上，当前的曲面手机抛光主要应用“软磨硬”的抛光原理，采用CeO2作为抛光液主要成分，配合柔性抛光垫和柔性毛刷，对曲面玻璃进行抛光。在抛光方法上，目前主流的抛光方法有两种。一种是直接接触抛光，这种抛光方式利用抛光垫与抛光毛刷对玻璃材质的摩擦作用，对曲面玻璃进行抛光。这种摩擦可以是磨料、抛光盘和工件三者摩擦，也可以是固结磨料和工件两者摩擦。另一种是非接触抛光，通过磨料和工件的表层发生作用，使曲面玻璃表面变得平整。这种方法的成本较高，但能更高程度的保障曲面玻璃表面的光洁性。

2 CMP化学机械抛光工艺分析

2.1 CMP化学机械抛光工艺的作用机理

CMP化学机械抛光技术，是一种将化学抛光与机械抛光方法有机结合的现代化抛光技术，在现代曲面手机生产中有着广泛的应用。曲面手机采用的超薄高铝硅玻璃，具有致密性和耐化性，这种材质含有O、Si、Ca、Na、Al、Mg 等元素，其中的铝氧八面体具有非常高的物理稳定性。同时，在一般条件下，抵抗水、酸性溶液、碱性溶液等化学试剂的腐蚀破坏的能力很高，具有明显的化学稳定性。因此，CMP化学机械抛光工艺采用化学与机械相结合的方式，寻求技术突破，对具有高度稳定性的玻璃材料进行抛光。首先，配置对玻璃具有水解作用的抛光液对曲面玻璃进行软化，使曲面玻璃表面产生一层变质层。其次，利用带有棱角的形状不规则的抛光粉的微量切削作用，去除变软的表层。抛光技术人员调试抛光粒的大小形状、运转速度、运转压力，对曲面玻璃进行抛光。在抛光过程中，高速旋转的抛光液会带动CeO2抛光粉运动，产生的动能会破坏玻璃表面及亚表面晶体的结合能，旋转速度越快，对玻璃表面的去除效果也越强。

2.2 CMP化学机械抛光工艺的抛光液

在CMP化学机械抛光工艺中，抛光液的配置是关键步骤，是破坏高铝硅玻璃材质的化学稳定性，进行后续的机械抛光的工艺基础。抛光液的配置有以下几个要点：第一，抛光液的成分要根据最终的曲面玻璃生产抛光要求确定，通常情况下，包含磨粒、氧化剂、分散剂、PH试剂等成分，主要由氧化铈抛光粉构成的磨粒，会在抛光液浸泡过程中，对曲面玻璃的表面起到摩擦作用，加速软化进程。曲面玻璃工件在抛光液的浸泡下，表面会逐渐发生微化学反应。第二，软化液的喷施浸泡方式，要根据玻璃工件的具体形态与最终工艺要求确定，目前比较先进的方式有超声精细雾化施液浸泡方法、正交试验优化方法、氧化铈与钛锆混合方法等。第三，在对曲面玻璃工件进行浸泡之后，尤其是调配了新的抛光液的情况下，要及时对浸泡后的高铝硅玻璃做维氏压痕硬度实验，探索增加或减少的化学成分对曲面玻璃工件的化学作用，重点测验曲面玻璃工件的努普（Knoop）显微硬度和维氏（Vickers）显微硬度。

2.3 CMP化学机械抛光工艺的抛光方法

CMP化学机械抛光工艺的化学反应原理主要是：Si-O+H2ONaO+→≡Si-OH+NaOH，硅酸盐玻璃在主要成分为CeO2的抛光液中，与水发生水解反应。这一化学过程最终产生Si(OH)4，这两种反应是互为因果的。在CMP化学机械抛光工艺中，化学反应的速度取决于离子交换反应Si-O+H2O-NaO+→≡Si-OH+NaOH的速度，曲面玻璃表面的亲核进攻作用生成的效果，取决于Si(OH)4+NaOH→[Si(OH)30]- Na++H2O这一进一步反应的速度。反应产生的Si(OH)4是一种硅酸凝胶物质，具有比较高的分散程度，很难溶于水，能够在曲面玻璃工件表面形成一种层区别于本身材质的较软的变质层。此时，由氧化铈构成的抛光粉，会与变质层的硅酸盐结构产生反应，生成大量的Si-O-Ce键，这种物质的结构比较松散，会在抛光液中进一步断裂，催化水解反应的进行。同时，高结晶度的氧化铈抛光颗粒具有强烈的Si-O-Ce键形成倾向，能够有效的去除曲面玻璃工件表面残存的变质层，对工件进行最终的抛光。在这个过程中，抛光液的PH值始终保持着碱性，氧化铈颗粒表面携带的电荷，会随着抛光液的PH值的变化而发生一定程度的变化，通常情况下，抛光技术人员可以通过PH值的调节，促进颗粒之间由相互吸引向相互排斥转变，提高抛光的效率。

3 结论

综上所述，CMP化学机械抛光工艺具有非常明显的经济实用性与技术先进性。从本文的分析可知，研究曲面手机的抛光工艺，有助于加深对抛光技术及其发展的认识，帮助技术人员从理论研究的角度，更好的掌握抛光液的配置、抛光磨具的制作与抛光机的改造。因而，曲面手机生产商与抛光技术人员要注重科学研究，并将现有理论成果充分应用到生产实践当中去。