一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置，加工装置包括夹具；夹具一侧设有磨轮；磨轮圆周侧壁设有金刚石压头；磨轮每旋转一周金刚石压头在蓝宝石工件上磨削一次并形成一个微观槽；金刚石压头随着夹具的平移在蓝宝石工件不同部位磨削并形成由多个微观槽依次拼接而成的条形槽，且相邻的两个微观槽之间有重叠；金刚石压头的磨削方向包括互相垂直的第一方向和第二方向，第一方向和第二方向上分别包含并排布置的多个第一方向条形槽和多个第二方向条形槽；多个第一方向条形槽和多个第二方向条形槽相交错在蓝宝石工件表面形成曲面光滑的阵列微结构。能够限制发生脆性崩裂或裂纹的产生与扩展，降低了光线的全反射，提高了出光效率。高了出光效率。高了出光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置


[0001]本技术属于蓝宝石加工
，具体涉及一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置。

技术介绍

[0002]蓝宝石在很多领域被大量用作衬底材料，如光学器件LED、芯片、超导纳米结构薄膜等。为了提高其在光电领域应用中的出光效率，现有技术主要通过刻蚀的方法在蓝宝石表面制备出阵列微结构形貌，刻蚀得到的蓝宝石阵列微结构作为衬底能够改变光线的传播方向，降低内部全反射，从而提高出光效率，节约能源的消耗。但目前未发现采用机械加工的方法来磨削加工蓝宝石的表面，从而得到理想的蓝宝石阵列微结构形貌作为衬底来提高LED的出光效率。
[0003]现今的技术中蓝宝石元件加工主要是通过使用磨削、研磨、抛光的工艺链手法，由于蓝宝石的硬度高，仅次于金刚石，且蓝宝石是属于典型的硬脆性材料，实现高效低损伤加工成为其应用发展的障碍，对其机械加工后获得理想的形貌极其困难，加工时容易产生脆性崩裂和裂纹。研磨和抛光后，蓝宝石表面的划痕较重、精度较差，用于提高LED的出光效率不够理想。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本技术的目的是：提供一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置，能够在蓝宝石表面加工出曲面光滑的微观阵列排布的形貌，避免加工过程发生材料脆性崩碎，降低光线在蓝宝石的全反射，提高出光效率。
[0005]本技术目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置，包括用于固定蓝宝石工件的夹具、第一驱动装置、第二驱动装置和控制装置；
[0007]夹具一侧设有磨轮；
[0008]磨轮圆周侧壁设有金刚石压头；
[0009]第一驱动装置用于旋转磨轮，以使磨轮每旋转一周金刚石压头在蓝宝石工件上磨削一次并形成一个微观槽；
[0010]第二驱动装置用于匀速直线平移夹具，以使金刚石压头随着夹具的平移在蓝宝石工件不同部位磨削并形成由多个微观槽依次拼接而成的条形槽，且相邻的两个微观槽之间有重叠；其中，金刚石压头在蓝宝石工件上的磨削方向包括互相垂直的第一方向和第二方向，第一方向和第二方向上分别包含并排布置的多个第一方向条形槽和并排布置的多个第二方向条形槽；多个第一方向条形槽和多个第二方向条形槽相交错在蓝宝石工件表面形成阵列微结构；
[0011]控制装置用于控制第一驱动装置和第二驱动装置动作。
[0012]进一步，夹具一侧设有加热装置，加热装置用于加热蓝宝石工件。
[0013]进一步，加热装置为激光加热平台。
[0014]进一步，夹具上设有压力传感器，压力传感器连接于控制装置，用于检测金刚石压头的磨削力。
[0015]进一步，磨轮一侧设有位移传感器，位移传感器连接于控制装置，用于检测金刚石压头的磨削深度。
[0016]进一步，金刚石压头为四棱锥形，压头的尖顶角为78.5
°
，压头尖端的圆弧半径为1μm。
[0017]进一步，磨轮的切向与蓝宝石工件表面垂直。
[0018]一种蓝宝石表面阵列微结构加工方法，采用一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置，包括以下步骤，
[0019]第一驱动装置旋转磨轮，使磨轮每旋转一周，金刚石压头在夹具固定好的蓝宝石工件上磨削一次并形成一个微观槽；
[0020]第二驱动装置匀速直线平移夹具，使金刚石压头随着夹具的平移在蓝宝石工件不同部位磨削并形成由多个微观槽依次拼接而成的条形槽，且相邻的两个微观槽之间有重叠；
[0021]在蓝宝石工件上沿第一方向间隔磨削获得并排布置的多个第一方向条形槽，然后沿与第一方向垂直的第二方向继续间隔磨削获得并排布置的多个第二方向条形槽，使多个第一方向条形槽和多个第二方向条形槽相交错在蓝宝石工件表面形成阵列微结构。
[0022]进一步，在金刚石压头磨削蓝宝石工件之前，利用加热装置对蓝宝石工件进行预加热以拓宽蓝宝石工件的塑性域。
[0023]进一步，通过压力传感器检测金刚石压头的磨削力，通过位移传感器控制金刚石压头的磨削深度，在磨削加工时，磨轮的切向与蓝宝石表面垂直。
[0024]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0025]由于磨轮每旋转一周，金刚石压头就在蓝宝石工件上磨削一次并形成一个微观槽，当第二驱动装置匀速直线平移夹具时，金刚石压头便在蓝宝石工件上陆续磨削出多个微观槽。由于相邻的两个微观槽之间有重叠，每个微观槽能够与上一个微观槽衔接上，并且相邻的微观槽之间没有多余的未切削层，保证了加工出的微观槽连续均匀，达到将蓝宝石工件材料的断裂去除区完全去除的效果，能够最大限度地限制蓝宝石工件材料发生脆性崩裂或裂纹的产生与扩展，多个微观槽能依次连接形成一个完整的、曲面光滑的条形槽。通过依次沿第一方向和第二方向分别加工出并排布置的多个条形槽，相邻的条形槽之间间隔布置，防止两个条形槽之间距离较近而导致残余应力场和加工应力场发生重叠进而使得横向裂纹扩展至前后微观槽，避免了材料脆性崩碎。多个第一方向上的条形槽和多个第二方向上的条形槽相交错在蓝宝石工件表面形成阵列微结构。由于加工后的蓝宝石表面形成微观阵列排布的形貌，而微结构形貌能够改变光线的传播方向，使大于入射临界角而在芯片内部发生全反射的光线逸出芯片表面，相当于扩大了逸出锥，使原本不能逸出芯片表面的有源层发出的光子逸出芯片表面，最大程度的降低了光线的全反射，从而提高了出光效率。
附图说明
[0026]图1为本技术实施例的加工装置的结构示意图。
[0027]图2为配置有金刚石压头的磨轮的结构示意图。
[0028]图3为本技术实施例的金刚石压头的结构示意图。
[0029]图4为蓝宝石工件加工后形成的阵列形貌微结构示意图。
[0030]图5为传统的蓝宝石工件内光线传播途径示意图。
[0031]图6为加工后形成的阵列排布的蓝宝石工件内光线传播途径示意图。
[0032]图中：
[0033]1‑
磨轮、2
‑
蓝宝石工件、3
‑
调平装置、4
‑
激光加热平台、5
‑
金刚石压头、6
‑
压力传感器、7
‑
夹具、8
‑
信号放大器、9
‑
动态信号分析仪。
具体实施方式
[0034]下面对本技术作进一步详细的描述。
[0035]本实施例通过配置有金刚石压头5的磨轮1，结合激光辅助加热来加工蓝宝石工件2形成规则阵列形貌，以达到强化出光的目的。
[0036]如图1所示，一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置，包括用于固定蓝宝石工件2的夹具7、第一驱动装置、第二驱动装置和控制装置；
[0037]夹具7一侧设有磨轮1；
[0038]磨轮1圆周侧壁设有金刚石压头5；
[0039]第一驱动装置用于旋转磨轮1，以使磨轮1每旋转一周金刚石压头5在蓝宝石工件2上磨削一次并形成一个微观槽；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石表面阵列微结构加工装置，其特征在于：包括用于固定蓝宝石工件的夹具、第一驱动装置、第二驱动装置和控制装置；夹具一侧设有磨轮；磨轮圆周侧壁设有金刚石压头；第一驱动装置用于旋转磨轮，以使磨轮每旋转一周金刚石压头在蓝宝石工件上磨削一次并形成一个微观槽；第二驱动装置用于匀速直线平移夹具，以使金刚石压头随着夹具的平移在蓝宝石工件不同部位磨削并形成由多个微观槽依次拼接而成的条形槽，且相邻的两个微观槽之间有重叠；其中，金刚石压头在蓝宝石工件上的磨削方向包括互相垂直的第一方向和第二方向，第一方向和第二方向上分别包含并排布置的多个第一方向条形槽和并排布置的多个第二方向条形槽；多个第一方向条形槽和多个第二方向条形槽相交错在蓝宝石工件表面形成阵列微结构；控制装置用于控制第一驱动装置和第二驱动装置动作。2.按照权利要求1所述的一种蓝宝石表面阵列微结构加...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，杨舒，卜颖滨，万珍平，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：