在電子封裝領(lǐng)域，氮化鋁陶瓷與其他封裝材料相比，具有更高擊穿電場、更短吸收截止邊和更好散熱性等，因而成為新一代理想的封裝材料。目前，氮化鋁陶瓷基片廣泛應(yīng)用于集成電路芯片載體、光電子集成電路功能模塊、IGBT模塊、高功率無線通信、傳感器、微模塊等領(lǐng)域。

而實際應(yīng)用中，氮化鋁陶瓷材料的表面質(zhì)量和加工精度對器件的性能和使用壽命具有重要影響，例如：在電子封裝中，氮化鋁陶瓷基片的輕量化和超光滑表面能夠減小體積，還能降低內(nèi)阻，有利于芯片的散熱。其應(yīng)用中通常要求表面超光滑，表面粗糙度 Ra ≤ 8 nm，損傷深度達(dá)到納米級別；在集成電路芯片應(yīng)用中，氮化鋁陶瓷基片經(jīng)過拋光后的表面精度需要滿足RMS < 2 nm。而氮化鋁陶瓷的高硬度、高脆性和低斷裂韌性，使之在加工過程中容易產(chǎn)生表面缺陷和亞表面損傷。如何獲得高質(zhì)量的平坦化加工表面，提高加工效率，減少加工中出現(xiàn)的缺陷和損傷，一直都是超精密加工領(lǐng)域的研究熱點。

氮化鋁陶瓷加工方法

氮化鋁陶瓷作為脆硬材料在加工過程中容易產(chǎn)生脆性斷裂引起加工表面產(chǎn)生破碎層、脆性裂紋、殘余應(yīng)力、塑性變形區(qū)等一系列表面缺陷。陶瓷基板在LED器件等應(yīng)用中主要面對熱力學(xué)環(huán)境的工作條件，因而上述缺陷會極大地影響基板的性能，降低器件的使用穩(wěn)定性和壽命。因此，實現(xiàn)氮化鋁陶瓷基板表面的近無損傷加工是十分必要的。

目前，氮化鋁陶瓷基片的加工方法主要以拋光磨削為主，以其他超精密加工方法為輔，來確保成品基片的高度完整性。為了獲得表面質(zhì)量較高的氮化鋁陶瓷基板，主要采用化學(xué)機械拋光、磁流變拋光、ELID 磨削、激光加工、等離子輔助拋光以及復(fù)合拋光等超精密加工方法。

1.化學(xué)機械拋光工藝

化學(xué)機械拋光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是目前半導(dǎo)體行業(yè)使用最廣泛的全局平坦化技術(shù)，目前氮化鋁陶瓷的CMP研究已經(jīng)取得了一系列的進(jìn)展。

在化學(xué)機械拋光中，材料的去除是通過化學(xué)和機械綜合作用，加工后的氮化鋁表面容易出現(xiàn)微裂紋，產(chǎn)生亞表面損傷。此外，在拋光工藝中，研磨液易造成污染，需要專門工藝處理，并且磨料容易對拋光墊造成磨損，需要定期對拋光墊修正。目前，用于氮化鋁的磨料、拋光墊種類、拋光工藝不如碳化硅成熟，有待進(jìn)一步深入研究。

化學(xué)機械拋光原理示意圖

2.電解內(nèi)修整ELID磨削工藝

電解內(nèi)修整(Electrolytic Inprocess Dressing, ELID)輔助磨削是用砂輪通過電刷接電源正極，根據(jù)砂輪的形狀制造一個導(dǎo)電性能良好的電極接電源的負(fù)極，電極與砂輪表面之間有一定的間隙，從噴嘴中噴出的具有電解作用的磨削液進(jìn)入間隙后，在電流的作用下，砂輪的金屬基體作為陽極被電解，使砂輪中的磨粒露出表面，形成一定的出刀距離和容屑空間。隨著電解過程的進(jìn)行，在砂輪表面逐漸形成一層鈍化膜，阻止電解過程的繼續(xù)進(jìn)行，使砂輪損耗不致太快，當(dāng)砂輪表面的磨粒磨損后，鈍化膜被工件材料刮擦去除繼續(xù)進(jìn)行，以對砂輪表面進(jìn)一步修整。

ELID磨削原理工作圖

ELID磨削技術(shù)是將傳統(tǒng)磨削、研磨、拋光結(jié)合為一體的復(fù)合鏡面加工技術(shù)，具有高效性、工藝簡單、磨削質(zhì)量高等特點，并且使用的磨削液為弱電解質(zhì)的水溶液，對機床和工件沒有腐蝕作用，裝置簡單，適合推廣。但在磨削過程中由于修正電流的變化容易導(dǎo)致氧化層不連續(xù)，工件表面容易不平整，磨削工件容易產(chǎn)生燒傷、殘余應(yīng)力、裂紋等缺陷。

3.激光加工

激光加工是一種無接觸加工、無刀具磨損、高精度以及靈活性強的先進(jìn)加工技術(shù)，是適合脆硬型陶瓷材料的一種加工方法。其工作原理是光能通過透鏡聚焦后達(dá)到極高的能量密度，使材料在高溫下分解。激光加工方法成本低、效率高，但是難以控制產(chǎn)品的精度和表面質(zhì)量。

激光加工原理工作圖

4.磁流變拋光工藝

磁流變拋光(Magnetorheological Finishing, MRF)是給工件與運動盤之間施加高強度的梯度磁場。運動盤內(nèi)有大量磁流變液，拋光開始時，磁極發(fā)生強大磁場致使磁流變液從牛頓流體變成黏度較大的Bingham流體。在這個過程中，磁流變拋光液中的磁性粉粒會沿著磁場分布線形成鏈狀結(jié)構(gòu)，拋光中的磨料會依附在鐵粉鏈狀結(jié)構(gòu)表面，從而具有強剪切力，在工件運動過程中，通過流體動壓剪切實現(xiàn)工件表面的材料去除。

磁流變拋光工作原理示意圖

磁流變拋光技術(shù)是介于接觸式拋光與非接觸式拋光的一種拋光方法。其與傳統(tǒng)拋光方法相比，具有拋光精度高，無刀具磨損、堵塞現(xiàn)象，去除率高且不引入亞表面損傷等優(yōu)點。但是磁流變液在使用過程中由于導(dǎo)磁粒子因相互摩擦存在磨損，磁流變液在使用期間需要密封，導(dǎo)致制備過程復(fù)雜、成本高昂，不利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化使用，一般該方法用于光學(xué)零件加工的最后一道工序。

5.等離子輔助拋光工藝

等離子輔助拋光(Plasma Assisted Polishing, PAP)是一種干式拋光技術(shù)。由于其結(jié)合了等離子體輻照對表面進(jìn)行改性，可通過超低壓或者使用軟磨料去除改性層，因而常被用于加工難處理材料。

目前，等離子體輔助拋光由于受磨石的影響，材料的去除率相對于其他加工工藝較低，并且PAP的加工設(shè)備昂貴，不適用于大規(guī)模加工。

等離子輔助拋光原理圖

6.復(fù)合拋光工藝

對于典型的硬脆性材料，非接觸式的加工方法，如化學(xué)腐蝕和激光拋光等，往往存在環(huán)境污染、加工成本高、加工效率低等問題。與之相比，接觸式的磨粒加工方法包括金剛石磨削和游離磨粒拋光，雖然加工效率高，工件形狀精度好，但會引入嚴(yán)重的表面和亞表面損傷，只適合粗加工，必須搭配刻蝕或拋光工序來實現(xiàn)損傷層的去除和應(yīng)力釋放。

從上述分析可以看出，單一的加工方法無法同時具有各種優(yōu)勢，為提高氮化鋁陶瓷基板加工表面質(zhì)量和加工效率，國內(nèi)外學(xué)者也采用多種加工手段進(jìn)行復(fù)合拋光技術(shù)研究，常見的復(fù)合拋光工藝有超聲振動輔助磨削、超聲波磨料水射流拋光以及超聲輔助固結(jié)磨粒化學(xué)機械拋光等。

總結(jié)

目前，化學(xué)機械拋光仍是氮化鋁陶瓷最主要的平坦化超精密加工方法，并以其他超精密加工方法為輔。由于氮化鋁陶瓷屬于典型脆硬型材料，現(xiàn)階段精密加工技術(shù)仍存在一些問題，例如目前加工工藝難以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，加工成本居高不下；化學(xué)機械拋光中的研磨液、磨料、拋光墊種類較少，加工效率偏低；在表面質(zhì)量和加工效率約束下，加工工藝參數(shù)選擇尚未明確，需進(jìn)行深入的研究，為實現(xiàn)氮化鋁陶瓷高效低損傷精密加工提供技術(shù)支撐。

參考來源：

1.氮化鋁陶瓷的超精密加工研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，潘飛、王建彬、徐慧敏、姚金結(jié)、王巧玉（陶瓷學(xué)報）；

2.SiO₂拋光液對AlN基片拋光性能的影響，尹青、張國玲、唐會明（微納電子技 術(shù)）；

3. 氮化鋁基片的集群磁流變拋光加工，白振偉、閻秋生、路家斌（金剛石與磨料磨具工程）；

4. ELID磨削硬脆材料精密和超精密加工的新技術(shù)，張飛虎、朱波、欒殿榮（宇航材料工藝）。

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