蓝宝石衬底的层状涂层制造技术

本文中描述了一种蓝宝石器件的层状涂层。蓝宝石器件包括粘附到蓝宝石部件的表面上的一个或多个氧化铝层。至少氧化铝的第一层粘附到蓝宝石部件的表面，填充表面中的缺陷，形成了还提供损伤隔离的新的层。

【技术实现步骤摘要】
相关技术的交叉引用本申请主张2013年3月15日提交的美国临时申请案第61/798,892号的优先权，该案的公开内容以全文引用的方式并入本文中。
本申请的主题总体涉及衬底上的表面涂层。尤其是，本申请涉及强化了用作诸如移动电话和计算设备的电子设备的窗的底层衬底的涂层。
技术介绍
刚玉是氧化铝的一种结晶形式且被发现具有各种不同的颜色，其中大部分通常被称为蓝宝石。蓝宝石是一种坚硬的材料，硬度为莫氏硬度表上的9.0，源于此，它能够划破几乎所有其他的矿物质。由于其易碎的性质，其与环境的相互作用造成的小缺陷容易导致强度显著下降。因此，尽管蓝宝石零件在出厂时可能是非常可靠的，但是随着时间和使用，它可能由于小损伤的积累而变得不那么可靠。此外，生产无缺陷的零件可以是非常具有挑战性的。脆性材料的强度受到表面上的缺陷总数的限制。不配套或不适当的表面抛光可以导致很弱的零件。玻璃在化学性质上被显著强化来使这些缺陷的影响最小化，但对于极硬的材料（例如蓝宝石），类似的工艺不是轻易可用的。例如，当实施常规加工技术时，蓝宝石的硬度使切割和抛光材料既困难又费时。再者，传统的加工工具例如刀具当用在蓝宝石上时磨损较快。这进一步增大了对蓝宝石零件进行表面抛光时的资源需求。此外，由于蓝宝石的反射率高，设备中使用由不同材料（例如，蓝宝石和玻璃，玻璃和塑料，蓝宝石和塑料，等等）形成的零件可能导致并排部件的光学外观存在差异。在反射率方面差异特别大的两种材料之间，这种效果可能是很明显的。
技术实现思路
本文中描述了用于强化蓝宝石衬底的系统。本文描述的各个实施例涵盖一种蓝宝石衬底，其具有拥有多个表面缺陷的第一表面和第二表面。在第一表面上可沉积一个或多个氧化铝层。另外，衬底的第二表面可粘附到由氧化铝形成的第二层。附加层可粘附到第一层。附加层和第一层可包括不同的物理性能。多个层可粘附到蓝宝石衬底的第一表面，和/或多个层可粘附到蓝宝石衬底的第二表面。第一层中的材料（例如氧化铝）可具有莫氏测量的第一硬度。类似地，附加层中的材料（例如氧化铝）可具有莫氏测量的第二硬度。第一硬度和第二硬度可以不同。例如，第二层可以比第一层硬。根据各实施例，附加层包括多种材料。例如，附加层可以是其内悬浮有硬块的聚合物基体。硬块可以配置成在聚合物基体横向和/或朝深度方向偏转。聚合物基体和硬块可以具有匹配的折射率。另一实施例中，附加层可以是具有比第一层小的折射率的抗反射涂层。根据各实施例，可以对蓝宝石衬底表面进行预处理。例如，至少第一表面或第二表面可以是由离子注入造成的非晶表面，该离子注入把蓝宝石衬底上的原始结晶表面转变成该非晶表面。本文中描述了强化蓝宝石衬底的方法。根据各实施例，一种方法包括获得具有上表面和下表面的蓝宝石衬底。可以对蓝宝石衬底的上表面和下表面的至少一个进行预处理。可以在蓝宝石衬底上沉积第一材料来形成第一层。第一层可以具有至少一种不同于蓝宝石衬底的材料特性。可以在第一层上沉积第二材料来形成第二层。第二层可以具有至少一种不同于第一层和/或蓝宝石衬底的材料特性。具体实施例中，第一材料和第二材料可以是氧化铝。具体实施例中，第二材料可以具有一种结构形式，该结构形式具有比第一材料的结构形式更低的折射率。一些实施例中，可以通过第一工艺来沉积第一材料。可以通过第一工艺来沉积第二材料，只是采用一组不同的工艺条件。可以通过第二工艺来沉积第二材料，第二工艺可以把第二材料沉积为具有比第一材料的结构形式更硬的结构形式。可以在沉积第一材料和第二材料之前加热第一材料、第二材料和蓝宝石衬底。可以在沉积后冷却第一材料、第二材料和蓝宝石衬底，让蓝宝石衬底的热膨胀差异能够使第一材料和第二材料受压。附图说明图1a示出了根据一个实施例的利用硬化衬底作为窗的设备。图1b示出了根据一个实施例的图1a的设备窗的窗部。图2示出了根据一个实施例的具有第一层的衬底沿图1b的A-A剖面线的横剖面示意图。图3示出了根据一个实施例的在第一层与第二层之间的衬底沿图1b的A-A剖面线的横剖面示意图。图4示出了根据一个实施例的具有第一层和附加层的衬底沿图1b的A-A剖面线的横剖面示意图。图5示出了根据一个实施例的具有第一层和附加层的衬底（且该衬底位于第一层和第二层之间）沿图1b的A-A剖面线的横剖面示意图。图6a示出了根据一个实施例的具有第一层和附加层的衬底沿图1b的A-A剖面线的横剖面示意图。图6b示出了根据一个实施例的具有第一层和附加层的衬底沿图1b的A-A剖面线的横剖面示意图。图7示出了根据一个实施例的用于对衬底进行表面处理的表面加工装置的示意图。图8是示出根据一个实施例的衬底强化方法的流程图。具体实施方式许多消费类和非消费类设备利用由诸如蓝宝石的硬的材料形成的盖、窗和/或表面。如本文讨论的，根据各实施例，在盖、窗和/或表面上可应用一层或多层一种或多种有益涂层。如本文讨论的，所述一层或多层可具体加以选择，以提供强度、保护或其它改进的性能。例如，在蓝宝石衬底上可沉积一层氧化铝涂层，来提供对蓝宝石衬底的增加的强度和/或保护。根据各实施例，图1a示出了可利用硬的衬底作为窗的设备。“硬”的衬底是一种通常耐刮擦的衬底，或更具体地，是一种已被处理成比未经处理的相同材料更耐刮擦的衬底。例如，蓝宝石和矾土可以为相同的化学成分：Al2O3。然而，基于结构上的差异，相比于蓝宝石的莫氏硬度9，矾土可具有略减小的硬度。如可能的各种形式的氧化铝，蓝宝石可以被认为是一种硬的材料。据此应理解，术语“软”和“硬”也可能以对比的方式使用。例如，矾土可以比蓝宝石软。类似地，一种形式的氧化铝可以比另一种形式的氧化铝硬。设备100可以是利用硬的衬底作为盖、窗和/或表面的多种设备中的任何一种。各种例子中，设备100可包括诸如移动电话、平板电脑、笔记本电脑、仪表窗、器械屏等的电子设备。另外，设备100可包括利用了类似硬窗的诸如机械手表的非电子类设备。设备100可包括盖102，盖102具有围绕其外周边（例如边缘）的全部或一部分的边框104，其中，边框104以把盖102固定到设备100的方式与壳体106结合。依应用而定，边框104和壳体106可由各种不同的材料形成，这些材料包括但不限于：聚合物材料（如塑料），金属（如铝，钢等），本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种窗，包括：蓝宝石衬底，包括具有多个表面缺陷的第一表面和第二表面；以及粘附到第一表面和第一表面上的多个表面缺陷的第一层，所述第一层由氧化铝或氮氧化硅中的一种形成；其中所述第一层填充所述表面缺陷。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/798,8921.一种窗，包括：
蓝宝石衬底，包括具有多个表面缺陷的第一表面和第二表面；
以及
粘附到第一表面和第一表面上的多个表面缺陷的第一层，所述
第一层由氧化铝或氮氧化硅中的一种形成；
其中所述第一层填充所述表面缺陷。
2.权利要求1所述的窗，还包括：
粘附到第二表面和第二表面上的多个表面缺陷的第二层，所述
第二层由氧化铝或氮氧化硅中的一种形成；
其中所述第二层包括具有不同于第一层的材料的硬度的材料。
3.权利要求1所述的窗，还包括：
粘附到所述第一层的附加层，
其中所述附加层由与所述第一层相同的化学成分形成，但是具
有不同于第一层的物理结构。
4.权利要求1所述的窗，其中
所述第一层具有低于所述蓝宝石衬底的硬度，并且
其中所述第一层的硬度是莫氏等级上的7至9。
5.权利要求3所述的窗，其中所述附加层是氧化铝，并且所述
附加层的氧化铝具有在蓝宝石的硬度和第一氧化铝层的硬度之间的
硬度。
6.权利要求3所述的窗，其中所述附加层是氮氧化硅或氧化铝
中的一种，且比第一氧化铝层更软。
7.权利要求3所述的窗，其中所述附加层是具有悬浮在其中的
多个块的聚合物基体，并且
其中所述多个块被配置成在其上施加力时朝聚合物基体的深度
方向偏转。
8.权利要求3所述的窗，其中所述附加层是具有比第一层小的
折射率的抗反射涂层。
9.权利要求1所述的窗，其中至少第一表面或第二表面中的一
个是非晶表面，并且
其中所述非晶表面被离子注入。
10.一种方法，包括：
获得具有上表面和下表面的蓝宝石衬底；
对所述蓝宝石衬底的上表面和下表面中的至少一个进行预处
理；以及
在所述蓝宝石衬底上沉积作为第一材料的氮氧化硅或氧化铝中
的一种，从而形成第一层，
其中所述第一层具有至少一种不同于所述蓝宝石衬底的材料特
性。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
在所述第一层上沉积附加材料，从而形成附加层，
其中所述附加层具有至少一种不同于所述第一层的材料特性。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：
在所述蓝宝石衬底的下表面上沉积第二材料，从而形成第二层，
其中所述第二层具有至少一种不同于所述蓝宝石衬底的材料特

\t性。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·N·梅默林，C·D·普雷斯特，M·罗杰斯，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US