一种蓝宝石镜片清洗方法
技术领域
本发明涉及光学元件产品清洗方法技术领域，特别地，涉及一种蓝宝石镜片清洗方法。
背景技术
蓝宝石集优良光学性能和化学性能于一体，其具有硬度高、透光率高、耐磨性好以及防辐射等优点，在手机等电子产品行业异军突起，广泛用于LED、智能手机HOME键、摄像头盖板镜片等。
蓝宝石经晶圆切割、抛光等加工方式，其表面为α-Al2O3晶体截面。α-Al2O3晶体截面所有晶格处于破坏状态，分布一层或多层非饱和化学键。非饱和化学键能量高，处于不稳定状态，极易与周围分子或原子结合起来，即为吸附杂质(如粉尘颗粒、有机或无机杂质等)。此吸附杂质等污染物对后续工艺有严重影响，因此，蓝宝石清洗一直作为光学玻璃行业的难题。
目前蓝宝石清洁方法分为湿法清洗和干法清洗，湿法清洗占主导地位。湿法清洗方法较多，但基本沿用化学方法去除脏污杂质，将有机清洗和强酸腐蚀相结合，且以单晶硅清洗方法作借鉴。例如，周海等2005年在电子机械工程期刊上发表的《蓝宝石晶片表面净化技术研究》中采用了这样的清洗流程：三氯乙烷加兆声波清洗→丙酮清洗→盐酸、双氧水混合液清洗→擦片机擦片→氨水、双氧水混合液清洗→硫酸、硝混合酸液清洗→去离子水清洗→烘干。上述清洗工序冗长复杂，清洗剂用量多，废液处理困难，去离子水消耗极大，且有机溶剂挥发性强，不利于安全操作。
中国专利ZL201110350729.8中提供一种α-Al2O3单晶的清洗方法，该清洗方法包括以下步骤：乙醇浸泡→去离子水浸泡、氮气吹干→表面活性剂处理→去离子水清洗、氮气烘干→浓硫酸、双氧水浸泡→氨水、双氧水浸泡→浓盐酸、双氧水浸泡→去离子水清洗、烘干。上述清洗方法中，α-Al2O3单晶经过三次强酸、强氧化剂清洗，一次溶剂浸泡和一次清洗液浸泡，工序流程长，多次采用强酸、强氧化剂浸泡，对槽体等设备要求高，且不利于安全操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺流程简单、操作安全的蓝宝石镜片清洗方法，不仅能有效去除蓝宝石镜片的表面脏污，还可以防止蓝宝石镜片清洗后再次吸附脏污。
为实现上述目的，本发明提供了一种蓝宝石镜片清洗方法，包括如下步骤：
步骤一、等离子清洗：将蓝宝石镜片插架或装夹，用等离子清洗机对蓝宝石镜片进行清洗；该步骤通过等离子清洗机提供的轻微刻蚀和对有机脏污的分解、气化作用，可有效去除蓝宝石表面脏污，承担蓝宝石镜片大部分杂质脏污清洗任务；
步骤二、混合酸液清洗：将蓝宝石镜片放入混合酸液中，在超声波条件下清洗30～40min，然后沥干残留混合酸液，用去离子水冲洗蓝宝石镜片，再将蓝宝石镜片烘干；其中，混合酸液为双氧水和浓硫酸的混合液，双氧水和浓硫酸的体积比为1:4～6；该步骤采用混合酸液浸泡方式，进一步去除余量脏污，同时在蓝宝石镜片表面形成薄氧化膜，避免露出裸面再次吸附杂质脏污。
步骤三、清洗液清洗：将蓝宝石镜片放入清洗液中，在超声波条件下清洗20～25min，然后用去离子水喷淋蓝宝石镜片，再用去离子水漂洗蓝宝石镜片，最后将蓝宝石镜片烘干；其中，以质量百分数计原料清洗液包括以下组分：非离子表面活性剂1～8％、羧甲基纤维素0.2～1％、硅酸钠2～6％、氢氧化钠3～10％、全氟聚醚基表面活性剂0.1～1％以及去离子水74～93.7％。
优选的，所述步骤一中等离子清洗机为真空等离子清洗机，清洗时间为2～5min。
优选的，所述步骤一中等离子清洗机选用氧气或氩气作为气源。
优选的，所述步骤二中用常温或加热至30～35℃的混合酸液对蓝宝石镜片进行清洗。
优选的，所述步骤三中用加热至60～65℃的清洗液对蓝宝石镜片进行清洗。
优选的，所述步骤三中非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
优选的，所述步骤二和所述步骤三的超声波条件为：超声波频率为28～100KHz，超声波振动功率1.0～3.0kW。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)、本发明的一种蓝宝石镜片清洗方法，针对蓝宝石镜片表面吸附力强，脏污去除困难，表面清洁干净后极易再次吸附杂质脏污等问题，具体是：步骤一引入等离子清洗方案，优选真空等离子清洗方案，且采用氧气或氩气作为气源，在等离子体化学、物理双重作用下，承担去除大部分手指印、油脂类等有机杂质、无机盐、微粒形、离子型、膜形等化学性吸附脏污任务，并使顽固性大分子尘埃颗粒脏污得以松动，减弱蓝宝石表面吸附力，便于后续清洗；步骤二采用双氧水和硫混合酸液浸泡方式，强氧化清洗浸泡环境，对余量手指印、油脂类等化学性吸附脏污进一步去除，同时蓝宝石镜片表面形成一层薄氧化膜，避免露出裸面再次吸附杂质脏污；在超声波作用下，顽固性大分子颗粒脏污部分脱落，为第三步采用清洗液发挥高效清洗效果提供条件；步骤三采用清洗液加超声波清洗方式，清洗液中非离子表面活性剂和全氟基醚活性剂成分，具有超强清洗脏污能力的同时，还兼具防静电作用，进一步降低蓝宝石表面活化能，减少已清洁蓝宝石镜片表面脏污再次吸附；偏硅酸钠和氢氧化钠等碱性成分，除油污脏污效果明显；羧甲基纤维素和硅酸钠成分，具有高效阻止脏污再次沉积和吸附作用。其中，羧甲基纤维素和硅酸钠阻止脏污再次沉积和吸附的大致原理如下：硅酸钠形成的活性胶体，吸附脏污力强；羧甲基纤维素为分子聚合物，体积大，带负电荷胶体，吸附脏污后能利用它的空间位阻作用和静电排斥作用，阻止脏污在蓝宝石镜片表面在沉积。最后在等离子水的喷淋和漂洗作用下，获得洁净度符合工艺要求的蓝宝石镜片。
(2)、本发明的一种蓝宝石镜片清洗方法，通过合理选用清洗剂和设计清洗步骤，减少强酸和强氧化剂的使用；本发明的清洗方法，工艺流程简单，高效环保，操作方法易于掌握，生产安全，利于产线实施自动化。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明一种蓝宝石镜片清洗方法的清洗步骤示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明的一种蓝宝石镜片清洗方法，包括如下步骤：
步骤一、等离子清洗：将蓝宝石镜片插架或装夹，用等离子清洗机对蓝宝石镜片进行清洗；其中，等离子清洗机为真空等离子清洗机，清洗时间为2～5min；等离子清洗机选用氧气或氩气作为气源。
步骤二、混合酸液清洗：将蓝宝石镜片放入混合酸液中，在超声波条件下清洗30～40min，然后沥干残留混合酸液，用去离子水冲洗蓝宝石镜片，再将蓝宝石镜片烘干；其中，混合酸液为双氧水和浓硫酸的混合液，双氧水和浓硫酸的体积比为1:4～6，双氧水和浓硫酸均为市售产品，双氧水的质量浓度为10％，浓硫酸的质量浓度为98％；用常温或加热至30～35℃的混合酸液对蓝宝石镜片进行清洗。
步骤三、清洗液清洗：将蓝宝石镜片放入清洗液中，在超声波条件下清洗20～25min，然后用去离子水喷淋蓝宝石镜片，再用去离子水漂洗蓝宝石镜片，最后将蓝宝石镜片烘干；其中，以质量百分数计原料清洗液包括以下组分：非离子表面活性剂1～8％、羧甲基纤维素0.2～1％、硅酸钠2～6％、氢氧化钠3～10％、全氟聚醚基表面活性剂0.1～1％以及去离子水74～93.7％；用加热至60～65℃的清洗液对蓝宝石镜片进行清洗。
在一种具体的实施方式中，步骤二和步骤三的超声波条件为：超声波频率为28～100KHz，超声波振动功率1.0～3.0kW。
实施例1
本发明的一种蓝宝石镜片清洗方法，具体步骤如下：
(1)、等离子清洗。准备好已切割或抛光后的蓝宝石镜片，进行插架或装夹；将载有蓝宝石镜片的插架或夹具放入真空等离子清洗机中，真空等离子清洗机采用氩气作为气源，采用射频电源，功率约为500W，清洗时间5min。
(2)、混合酸液清洗。将蓝宝石镜片整架或夹具取出后，放入双氧水和浓硫酸的混合酸液中，在超声波条件下(混合酸液为室温或加热至30～35℃)清洗35min；然后沥干残留混合酸液，用去离子水冲洗蓝宝石镜片，再将蓝宝石镜片烘干；其中，混合酸液为双氧水和浓硫酸的混合液，双氧水和浓硫酸的体积比为1:4。
(3)、清洗液清洗。将上述清洗完成的蓝宝石镜片放入清洗液(清洗油脂、手指类型脏污，以及顽固型大颗粒脏污)中，清洗液由以下质量百分比的原料制得(总量为100％)：脂肪醇聚氧乙烯醚3％、羧甲基纤维素0.8％、硅酸钠4％、氢氧化钠10％、全氟聚醚基表面活性剂0.5％，余量为去离子水；将清洗液加热至65℃，超声波频率20KHz，清洗时间20min。清洗完成后用去离子水喷淋蓝宝石镜片，再用去离子水漂洗蓝宝石镜片，最后将蓝宝石镜片烘干。
实施例2
本发明的一种蓝宝石镜片清洗方法，具体步骤如下：
(1)、等离子清洗。准备好已切割或抛光后的蓝宝石镜片，进行插架或装夹；将载有蓝宝石镜片的插架或夹具放入真空等离子清洗机中，真空等离子清洗机采用氩气作为气源，采用射频电源，功率约为300W，清洗时间2min。
(2)、混合酸液清洗。将蓝宝石镜片整架或夹具取出，放入双氧水和浓硫酸的混合酸液中，在超声波条件下(混合酸液为室温或加热至30～35℃)清洗30min，然后沥干残留混合酸液，用去离子水冲洗蓝宝石镜片，再将蓝宝石镜片烘干；其中，混合酸液为双氧水和浓硫酸的混合液，双氧水和浓硫酸的体积比为1:4。
(3)、清洗液清洗。将上述清洗完成的蓝宝石镜片放入清洗液(清洗油脂、手指类型脏污，以及顽固型大颗粒脏污)中，清洗液由以下质量百分比的原料制得：脂肪醇聚氧乙烯醚3％、羧甲基纤维素0.8％、硅酸钠4％、氢氧化钠10％、全氟聚醚基表面活性剂0.5％，余量为去离子水；将清洗液加热至65℃，超声波频率20KHz，清洗时间20min。清洗完成后用去离子水喷淋蓝宝石镜片，再用去离子水漂洗蓝宝石镜片，最后将蓝宝石镜片烘干。
实施例3
本发明的一种蓝宝石镜片清洗方法，具体步骤如下：
(1)、等离子清洗。准备好已切割或抛光后的蓝宝石镜片，进行插架或装夹；将载有蓝宝石镜片的插架或夹具放入真空等离子清洗机中，真空等离子清洗机采用氩气作为气源，采用射频电源，功率约为300W，清洗时间2min。
(2)、混合酸液清洗。将蓝宝石镜片整架或夹具取出后，放入双氧水和浓硫酸的混合酸液中，在超声波条件下(混合酸液为室温或加热至30～35℃)清洗35min，然后沥干残留混合酸液，用去离子水冲洗蓝宝石镜片，再将蓝宝石镜片烘干；其中，混合酸液为双氧水和浓硫酸的混合液，双氧水和浓硫酸的体积比为1:6。
(3)、清洗液清洗。将上述清洗完成的蓝宝石镜片放入清洗液(清洗油脂、手指类型脏污，以及顽固型大颗粒脏污)中，清洗液由以下质量百分比的原料制得：脂肪醇聚氧乙烯醚3％、羧甲基纤维素0.8％、硅酸钠4％、氢氧化钠10％、全氟聚醚基表面活性剂0.5，余量为去离子水；将清洗液加热至65℃，超声波频率20KHz，清洗时间20min。清洗完成后用去离子水喷淋蓝宝石镜片，再用去离子水漂洗蓝宝石镜片，最后将蓝宝石镜片烘干。
实施例4
本发明的一种蓝宝石镜片清洗方法，具体步骤如下：
(1)、等离子清洗。准备好已切割或抛光后的蓝宝石镜片，进行插架或装夹；将载有蓝宝石镜片的插架或夹具放入真空等离子清洗机中，真空等离子清洗机采用氩气作为气源，采用射频电源，功率约为300W，清洗时间2min。
(2)、混合酸液清洗。将蓝宝石镜片整架或夹具取出后，放入双氧水和浓硫酸的混合酸液中，在超声波条件下(混合酸液为室温或加热至30～35℃)清洗35min，然后沥干残留混合酸液，用去离子水冲洗蓝宝石镜片，再将蓝宝石镜片烘干；其中，混合酸液为双氧水和浓硫酸的混合液，双氧水和浓硫酸的体积比为1:6。
3)、清洗液清洗。将上述清洗完成的蓝宝石镜片放入清洗液(清洗油脂、手指类型脏污，以及顽固型大颗粒脏污)中，清洗液由以下质量百分比的原料制得：脂肪醇聚氧乙烯醚6％、羧甲基纤维素0.8％、硅酸钠4％、氢氧化钠10％、全氟聚醚基表面活性剂2％，余量为去离子水；将清洗液加热至65℃，超声波频率20KHz，清洗时间20min。清洗完成后用去离子水喷淋蓝宝石镜片，再用去离子水漂洗蓝宝石镜片，最后将蓝宝石镜片烘干。
比较例1
(1)、将已准备好切割或抛光后的蓝宝石镜片，不过真空等离子清洗机，直接装夹或插架，放置的混合液中，在超声波条件下(混合酸液为室温或加热至30～35℃)清洗35min然后沥干残留混合酸液，用去离子水冲洗蓝宝石镜片，再将蓝宝石镜片烘干；其中，混合酸液为双氧水和浓硫酸的混合液，双氧水和浓硫酸的体积比为1:4。
(2)、将上述清洗完成的蓝宝石镜片放入清洗液中，清洗液由以下质量百分比的原料制得：脂肪醇聚氧乙烯醚3％、羧甲基纤维素0.8％、硅酸钠4％、氢氧化钠10％、全氟聚醚基表面活性剂0.5％，余量为去离子水；
清洗液的配比如上述：脂肪醇聚氧乙烯醚3wt％，羧甲基纤维素0.8wt％，硅酸钠4wt％，氢氧化钠10wt％，全氟聚醚基表面活性剂0.5wt％，余量为去离子水。将清洗液加热至65℃，超声波频率20KHz，清洗时间20min。清洗完成后用去离子水喷淋蓝宝石镜片，再用去离子水漂洗蓝宝石镜片，最后将蓝宝石镜片烘干。
比较例2
(1)、将准备好已切割或抛光后的蓝宝石镜片，进行插架或装夹；将载有蓝宝石镜片的插架或夹具放入真空等离子清洗机中，真空等离子清洗机采用氩气作为气源，采用射频电源，功率约为500W，清洗时间5min。
(2)、将蓝宝石镜片整架或夹具取出后，直接放入清洗液中，清洗液由以下质量百分比的原料制得：脂肪醇聚氧乙烯醚3％、羧甲基纤维素0.8％、硅酸钠4％、氢氧化钠10％、全氟聚醚基表面活性剂0.5％，余量为去离子水；将清洗液加热至65℃，超声波频率20KHz，清洗时间20min。清洗完成后用去离子水喷淋蓝宝石镜片，再用去离子水漂洗蓝宝石镜片，最后将蓝宝石镜片烘干。
比较例3
(1)、将准备好已切割或抛光后的蓝宝石镜片，进行插架或装夹。将载有蓝宝石镜片的插架或夹具放入真空等离子清洗机中，真空等离子清洗机采用氩气作为气源，采用射频电源，功率约为500W，清洗时间5min。
(2)、将蓝宝石镜片整架或夹具取出后，放入双氧水和浓硫酸的混合酸液中，在超声波条件下(混合酸液为室温或加热至30～35℃)清洗35min；然后沥干残留混合酸液，用去离子水冲洗蓝宝石镜片，再将蓝宝石镜片烘干；其中，混合酸液为双氧水和浓硫酸的混合液，双氧水和浓硫酸的体积比为1:4。
上述实施例1和比较例1～3各投入1000pcs，平行验证三次，取平均结果。清洗结果(以可视脏污比例、XPS元素分析、水滴角)等作为参考指标见表一、表二。可视脏污，按照面积大小分为A(＜0.3mm2)、B(0.3～0.5mm2)、C(0.5～0.1mm2)、D(＜1mm2)类型。A、B类脏污面积较小，可视为无机盐、微粒形、离子型、膜形小颗粒脏污、C类型脏污面积稍大，部分呈块状，可视为手指印、油脂类等有机杂质、以及大颗粒顽固性粉尘脏污。
表一：实施例1与比较例1～3验证效果
由表一可知：采用实施例1的等离子+混合酸+清洗液清洗方式，可视脏污比例可以控制在5％以内，符合产线清洗要求。
比较例1中，取消真空等离子，脏污比例高达39％，引入真空等离子清洗，能极大程度提升A、B、C、D四类型脏污清洗效果，承担大部分脏污清洗任务。
比较例2中，真空等离子清洗虽承担了大部分脏污清洗任务，但仍有少量有机型脏污(主要为A、B类型)，脏污比例为10％。
比较例3中，真空等离子和强氧化型酸处理后，C、D型脏污已开始松动，A、B类型脏污基本已去除，但因蓝宝石具有吸附性强等特性，无清洗液“阻止”脏污再次吸附，脏污比例为24％，该脏污比例仍然较高。
表二：实施例1至4验证效果
由表二可知：实施例2中，增加真空等离子清洗功率、延长处理时间，清洗效果改善不明显；实施例3中，增加硫酸比例，和实施例2效果相差无几，说明增加一道强氧化型酸浸泡处理已能对少量脏污完全处理；实施例4中，清洗液中增加活性剂成分，清洗效果无改善，相反脏污比例还略有增加，XPS结果分析中，Na、K、Zn等杂质元素含量有检出，可能为清洗剂残留所致。
采用本发明实施例1至4的蓝宝石镜片清洗方法，清洗后蓝宝石镜片的表面接触角＜5°，返洗率低，表面杂质元素含量几乎没有，洁净度完全符合生产下工序清洁要求，且清洗采用的设备简单。清洗效率极高，操作方法易于掌握，生产安全，节能环保，而且利于产线实施自动化。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
