國家標準《藍寶石單晶襯底拋光片》編制說明（討論稿）一、工作簡況1、立項目的與意義藍寶石晶體作為電子信息產業及特殊光電設備領域的重要材料，隸屬于國家重點支持的高新技術領域第四大類“新材料”中光電子、光子晶體信息材料技術。“中國制造2025”中明確提出重點發展新材料領域中的關鍵戰略材料如電子陶瓷和人工晶體材料。《產業結構調整指導目錄（2011年本）》明確支持“信息、新能源、國防、航天航空等領域用高品質人工晶體材料、制品和器件生產裝備技術開發”和“半導體、光電子器件、新型電子元器件等電子產品用材料”、“半導體照明襯底、外延、芯片、封裝及材料”等領域發展。隨著電子信息技術的發展，尤其是半導體照明產業的飛速發展，藍寶石襯底的市場需求越來越強烈。由于在透紅外光、介電性能和抗劃傷等方面的突出優勢，藍寶石不僅可以使觸摸屏的敏感度和反應速度更高，且硬度大可以抵擋刀劃等各種磨損，因此被廣泛應用于消費電子領域，主要包括智能手機攝像頭的保護蓋板、指紋識別HOME鍵蓋板、智能手表屏幕蓋板以及未來可能推廣的智能手機屏幕蓋板等。藍寶石的應用領域主要涉及LED襯底材料、消費電子和軍事等應用，其中，襯底為藍寶石最主要的應用，占據了約80%的份額，消費電子行業占據約20%。在LED襯底領域藍寶石襯底相對其他襯底材料占90%以上的市場份額。隨著Mini/Micro-LED產業化進程加速，對藍寶石襯底需求量也與日俱增，有報道對藍寶石襯底需求量進行測算：每片4英寸芯片可量產1700萬Micro-LED，約可供1臺60英寸4K電視/3臺手機（2K）/2臺平板（2K）。預計2025年芯片/襯底需求量達到3500萬片，如果蘋果全部采用Micro-LED，則需要6300萬片。截至2021年12月，藍寶石出口單價為762.12美元每千克。據行家說Research預測，到2026年MircoLED將能帶來1.96億美金的芯片產值。基于LED芯片技術的發展及產品的快速迭代，帶動藍寶石襯底向更大尺寸方向發展。同時，Mini/Micro-LED對波長均勻性和缺陷控制有更高要求，對襯底材料的平坦度、表面微觀缺陷以及潔凈度等有提出更高品質技術要求。因此，原有的標準GB/T30858-2014所規定的技術要求已遠遠滿足不了藍寶石襯底目前實際的市場需求，鑒于藍寶石襯底近幾年的迅速發展，需要對GB/T30858-2014《藍寶石單晶襯底拋光片》標準進行修訂，以引導藍寶石行業發展，滿足市場需求和促進技術進步。2、任務來源根據《國家標準化管理委員會關于下達2024年第一批推薦性國家標準計劃及相關標準外文版計劃的通知》（國標委發[2024]16號）的要求，由天通銀廈新材料有限公司等單位負責修訂《藍寶石單晶襯底拋光片》，計劃編號20240142-T-469，項目周期16個月，要求完成時間2025年7月。3、任務承擔單位概況天通銀廈新材料有限公司成立于2014年，注冊資本8.85億元，是專業從事大尺寸藍寶石晶體、晶棒及襯底晶圓研發、制造和銷售為一體的國家高新技術企業。公司歷經10年的發展，已成長為國內大尺寸藍寶石晶體生長、大尺寸晶棒加工以及襯底晶圓超精密加工技術領先的企業，產品主要應用于工業、醫藥業、集成電路及智能手機終端、新一代MicroLED顯示技術和5G通信等行業。公司生產區域包括已建成的老廠區和正在規劃建設的新廠區。其中，老廠區已建成160kg~400kg級藍寶石晶體的量產項目、晶體掏棒和襯底加工等延鏈補鏈項目，可實現年產藍寶石晶體2000噸。綜合老廠區的已建成項目和新廠區正在規劃建設的所有項目，公司在藍寶石材料產業上的總投資已接近40億元，可實現藍寶石晶體綜合年產能約4700噸、藍寶石晶棒年產能超過5400萬毫米、藍寶石襯底片年產能480萬片的產業規模。公司作為高新技術企業，一直致力于產品創新與技術提升，潛心研究和開發新產品、新工藝、新技術。公司自主立項并開展研發創新活動超過20項，近年來研發投入超過1.6億元。公司先后研發出不同（100~720kg）公斤級藍寶石晶體、高端顯示領域所需的藍寶石襯底晶片（2~8英寸），其中720kg級晶體是目前國內最大規格藍寶石晶體。經過幾年的創新突破，目前已形成了企業自有的大尺寸藍寶石生長工藝技術和切磨拋技術，獲得了多項自主研發和創新的技術、工藝，其中授權專利51項、計算機軟件著作權15項，科技成果12項。公司主持修訂了國家標準GB/T31092-2022《藍寶石單晶晶錠》，編制組負責人康森曾負責起草了GB/T34504-2017《藍寶石拋光襯底片表面殘留金屬元素測量方法》。4、主要工作過程本項目編制單位天通銀廈新材料有限公司、徐州凱成科技有限公司、徐州美興光電科技有限公司、中國科學院上海光學精密機械研究所通過調研國內生產企業的生產現狀及技術發展趨勢，考慮用戶的當前使用要求及以后技術發展的潛在使用要求，于2024年10月形成了討論稿。2024年10月在昆明市參加《藍寶石單晶襯底拋光片》標準第1次工作會議。二、標準編制的原則及確定主要內容的依據2.1、編制原則本標準起草單位自接受起草任務后，成立了標準編制工作組，負責收集生產統計、檢驗數據、市場需求及客戶要求等信息。以國家標準GB/T30858-2014《藍寶石單晶襯底拋光片》為基礎，初步確定了《藍寶石單晶襯底拋光片》標準起草所遵循的基本原則和編制依據：1）標準的編寫格式按國家標準GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的統一規定和要求進行編寫。考慮用戶的當前使用要求及以后技術發展的潛在使用要求。考慮國內生產企業的生產現狀及技術發展趨勢。2.2、標準主要內容的確定依據及主要試驗驗證情況分析本標準代替GB/T30858-2014《藍寶石單晶襯底拋光片》。相比于GB/T30858-2014，本次的主要技術變動內容如下。2.2.1、更改了適用范圍。隨著鍵合襯底、透明顯示等技術的發展，不僅要求單面拋光的藍寶石襯底，雙面拋光的襯底材料的需求也逐步提升。基于目前的市場需求和技術發展，本文件的適用范圍包括了藍寶石單面拋光、雙面拋光襯底片。因此，將原文件中“1范圍”由“適用于單面拋光藍寶石襯底片”修改為“適用于外延生長半導體薄膜用藍寶石襯底片”。2.2.2、更改了規范性引用文件。隨著藍寶石晶體材料品質的提升以及檢測技術的不斷完善，目前已有藍寶石單晶晶向、襯底片彎曲度、襯底片翹曲度、位錯密度、半峰寬值的檢測標準，并且目前已有更適用的總雜質含量和表面粗糙度的檢測標準。因此，本文件將原文件中規范性引用文件GB/T1555、GB/T6619、GB/T6620、附錄A、附錄B、附錄C、附錄D分別用GB/T34210、GB/T31353、GB/T31352、GB/T33236、GB/T33763、GB/T34612、GB/T29505替代。根據相關術語和定義界定的需要，增加了規范性引用文件GB/T31092。由于本文件新增了參考槽的尺寸及允許偏差的要求，所以新增了規范性引用文件GB/T1958作為試驗方法。2.2.3、刪除了“藍寶石”、“襯底”、“局部厚度變化”、“藍寶石晶棒”、“亮點”的定義。根據需要，增加了規范性引用文件GB/T31092，GB/T14264和GB/T31092界定的術語和定義可以滿足本文件的要求，不再單獨列出藍寶石、襯底、亮點的定義。此外，修訂后的文件中無“藍寶石晶棒”的術語，并且“局部厚度變化”的術語在全文中只出現了一次，因此，刪除藍寶石晶棒和局部厚度變化的術語和定義。2.2.4、更改了化學組成的要求。由于GB/T31092中藍寶石單晶的定義是“人工生長的有確定晶向的型氧化鋁單晶”，因此刪除4.1中“藍寶石單晶的化學組成為高純的α-Al2O3”的冗余表達，并將條標題修改為“總雜質含量”。2.2.5、更改了結晶完整性的要求。在實際的藍寶石晶體生長過程中，若受到雜質、溫度變化或震動產生的應力作用，或者受到打擊、切削、研磨等機械應力作用，會使晶體內部質點排列變形，原子行列相互滑移，不再符合理想晶體的有序排列，形成線狀缺陷，即位錯。大量的位錯會影響藍寶石晶體的光學、電學、力學性能，在LED襯底應用方面，位錯的存在會降低襯底外延層的質量，進而降低LED照明的發光效率。隨著新型顯示技術的發展，對藍寶石襯底材料的品質要求不斷提升。低位錯密度的襯底片是制作高質量外延片的基礎，因此，基于目前的市場需求和技術水平，對藍寶石襯底片的位錯密度的技術要求進行修改。具體的修改內容是：將位錯密度“應小于104個/cm2”修改為“應小于1000個/cm2”。X射線雙晶搖擺曲線的半峰寬（FWHM）值也是表征晶體材料結構完整性的重要參數。因此，基于目前的市場需求和技術水平，對藍寶石襯底片的雙晶搖擺曲線半峰寬值的技術要求進行修改。具體的修改內容是：將雙晶搖擺曲線的半峰寬值“應小于30arcsec”修改為“應小于20?″”。2.2.6、刪除了生長方法的要求。本文件修訂過程中，凡是“按雙方合同的規定”的未定技術要求，均包含在本文件的4.10“如需方對藍寶石襯底片有特殊技術要求，由供需雙方協商確定，并在訂貨單中注明”的表述中，不再單獨列出。因此，刪除了原文件中生長方法的要求。2.2.7、更改了表面取向及主參考面取向或主參考槽取向、刪除了圖1、圖2。為提升表述的清晰性和格式的規范性，本文件對原文件的表1進行了格式上的更改和完善。同時，表1中的內容能夠清楚說明表面取向及參考面取向的關系，不需要圖示解釋，因此刪除原文件中的圖1和圖2。2.2.8、更改了尺寸及允許偏差的要求。隨著Micro-LED、Mini-LED的快速發展，其工藝與LED工藝雖有部分相同，但尺寸相差10倍以上，亮度更高，壽命更長。這要求Micro-LED具有良好的一致性和均勻性，因此對其襯底材料的直徑、加工精度、表面粗糙度、亞表面損傷等的要求更加嚴格。原文件所規定的技術要求已滿足不了藍寶石襯底片實際的市場需求，因此本文件提高了原文件中外形尺寸及允許偏差的技術要求。此外，LED芯片技術的發展及產品的快速迭代，帶動藍寶石襯底向更大尺寸方向發展。與小尺寸襯底相比，大尺寸襯底的芯片產量大幅提高，邊緣濾除損失比例大幅降低。在技術成熟度和成本降低的綜合驅動下，6、8英寸藍寶石襯底的市場需求開始快速增加。因此，本文件中增加了8英寸襯底的尺寸及允許偏差。2.2.9、增加了參考槽的尺寸及允許偏差的要求、增加了參考槽的結構圖。為提高材料利用率，藍寶石襯底客戶對6、8英寸大尺寸藍寶石襯底的參考面采用參考槽替代，因此，本文件增加了參考槽尺寸及允許偏差的要求，并增加了參考槽的結構圖。2.2.10、更改了表面缺陷的要求。在LED襯底領域，為實現更高亮度LED以及提升LED芯片加工合格率，對藍寶石襯底的面型質量、表面缺陷等提出更高的要求。因此，本文件修訂過程中，為適應目前市場發展的需要，基于藍寶石襯底片實際制程及產品特點，更改并提高了襯底片表面缺陷的技術要求。具體修訂內容如下：減小了劃傷的數量及尺寸限度；減小了崩邊的尺寸限度；刪除了裂紋、線切痕、亮點三項內容。此外，由于本文件增加了8英寸襯底的尺寸，所以在以襯底尺寸分類的劃傷項目中，增加了8英寸襯底的劃傷技術要求。2.2.11、更改了背面缺陷的要求。原文件中將對藍寶石襯底片背面的亮點等缺陷的要求寫入表面缺陷的技術要求表格中，導致表面缺陷與背面缺陷的要求不明晰、易混淆。因此，本文件將表面缺陷和背面缺陷的要求進行細分，根據實際生產制程和本文件產品特點，將裂紋、線切痕、亮點劃分進背面缺陷，形成了背面缺陷的技術要求表格，以便更全面、準確、直觀地體現表面缺陷和背面缺陷的技術要求。并且，根據市場發展的需要及目前國內外各生產廠家藍寶石襯底的制造水平，提高了襯底片背面缺陷的技術要求，減小了崩邊的尺寸限度。此外，為提高文件用詞的一致性和準確性，將條標題“背面質量”修改為“背面缺陷”。2.2.12、更改了顆粒度的要求。科技部《“十四五”國家重點研發計劃“新型顯示與戰略性電子材料”重點專項》中明確指出，“研究大尺寸襯底上低缺陷密度、高波長均勻性、Micro-LED外延生長技術，解決Micro-LED尺寸效應、邊緣效應以及低損傷刻蝕和鈍化修復技術難題，開發高均勻性、高效率的Micro-LED外延片和Micro-LED芯片”。受益于行業景氣度及產能擴張，LED產值將實現高速增長，預計到2026年Mirco-LED將帶來1.96億美金的芯片產值。Micro-LED對波長均勻性和缺陷控制有更高要求，對襯底材料的平坦度、表面微觀缺陷以及潔凈度等提出更高品質技術要求。因此，根據市場發展的需要及目前國內外各生產廠家藍寶石襯底的制造水平，提高了襯底片顆粒度的要求。具體修改內容如下：將4英寸襯底顆粒度要求“＞0.3μm＜1000個”改為“＞0.3μm＜500顆”；將6英寸襯底顆粒度要求“＞0.3μm＜1000個”改為“＞0.3μm＜800顆”。此外，由于本文件增加了8英寸襯底的尺寸，所以在襯底片顆粒度要求中，增加了8英寸襯底的顆粒度技術要求。2.2.13、更改了總雜質含量、結晶完整性、表面取向及主參考面取向或主參考槽取向、尺寸及允許偏差、表面粗糙度的試驗方法。隨著藍寶石晶體材料品質的提升以及檢測技術的不斷完善，目前已有藍寶石單晶晶向、襯底片彎曲度、襯底片翹曲度、位錯密度、半峰寬值的檢測標準，并且目前已有適用的總雜志含量和表面粗糙度的檢測標準。因此，本文件將原文件中檢測標準GB/T1555、GB/T6619、GB/T6620、附錄A、附錄B、附錄C、附錄D分別用GB/T34210、GB/T31353、GB/T31352、GB/T33236、GB/T33763、GB/T34612、GB/T29515替代。2.2.14、更改了檢查和驗收的要求。根據GB/T20001.10的相關要求及產品標準的特點，將檢查和驗收的要求更改為“產品應由供方或第三方質檢部門進行檢驗，保證產品質量符合本文件及訂貨單的規定，并填寫產品質量保證書”。2.2.15、更改了組批的要求。在實際生產過程中，相同長晶工藝生產、并以相同加工工藝加工成的同規格藍寶石襯底片在客戶生長外延制程中無差別，可視為一批。因此，為提高組批合理性和實際生產效率，將組批要求由“同一晶錠切割的襯底片為一個檢驗批”更改為“每批應由相同長晶工藝生產的藍寶石晶體，并以相同加工工藝加工成的同規格的藍寶石襯底片組成”。2.2.16、更改了檢驗項目及取樣的要求。為提升表述的清晰性和格式的規范性，本文件將原文件中的全檢項目和抽檢項目統一匯總在表9中，將由供需雙方協商確定是否檢驗的項目單獨形成表10。根據藍寶石襯底片實際生產制程要求，更改了表面缺陷和背面缺陷檢驗方法具體要求。根據當前市場供需雙方需求，以及目前日常出貨檢驗要求，將表面粗糙度的檢驗規則更改為由供需雙方協商是否檢驗。2.2.17、更改了檢驗結果的判定方法。根據當前市場需求，并使文本更加簡潔、邏輯更加清晰，本文件將檢驗結果的判定方法的表述改為“若表9中的檢驗項目中有任何一項檢驗不合格，則判定該藍寶石襯底片檢驗批不合格。若表10中的檢驗項目中有任何一項檢驗不合格，則另取雙倍數量的試樣對不合格項目進行重復檢驗，若重復檢驗結果仍有一試樣不