半導體產業在現代社會中扮演著至關重要的角色，從智能手機到智慧城市基礎設施，深刻影響著人們的生活。特別是在第三代半導體材料，如GaN、SiC，它們在電子遷移率、飽和漂移速率和禁帶寬度等方面表現優異，使得這些材料的器件具備耐高壓、耐高溫、高功率和低損耗等優勢。然而，高功率半導體器件在工作過程中會產生大量熱量，因此需要高效的散熱系統。陶瓷基板因其優良的熱導率和機械可靠性，成為電子行業散熱系統的首選材料，顯示出廣泛的應用前景和發展趨勢。

陶瓷基板

拋光技術在陶瓷基板的制造過程中起著關鍵作用，對基板的最終性能有著直接的影響。比如說可以顯著改善基板表面的平整度和光潔度，減少表面缺陷，有利于更密集的電路設計的能力，從而提高器件的性能和可靠性?？刂苹宓耐苟龋ㄆ秸龋┮矘O大地改善了照片掩模圖案到基底表面的轉移，從而允許更精細的線條和空間。

總之，先進的拋光技術是實現高性能陶瓷基板不可或缺的一部分，直接影響其在各類電子應用中的表現。以下本文將介紹幾種陶瓷基板典型的拋光技術，大家不妨一起了解一下。

拋光技術分類

陶瓷基板的加工，一般都先從研磨開始，先去除陶瓷基板表面的缺陷，加工變質層和劃痕，再利用拋光技術進一步去除研磨過程中造成的表面或亞表面損傷，得到更低粗糙度的平整表面。目前常見的陶瓷基板的拋光技術分為化學機械拋光、磨料流拋光、超聲振動輔助磨料流拋光、電泳拋光、電解拋光以及磁流變拋光等。

1、化學機械拋光

化學機械拋光(CMP)可以有效降低傳統拋光過程造成的亞表面損傷，獲得納米級的面精度和亞納米級的表面粗糙度。由于其獨特的化學腐蝕和機械去除協同工藝，是目前能夠實現全局平坦化的拋光技術之一。

原理圖以及劃痕示意圖

在CMP拋光過程中，拋光液與基板表面發生化學反應，軟化基板的同時通過機械研磨將被軟化的表面去除，因此很適合陶瓷基板的拋光、Al₂O₃、SiC、AlN等均會使用。例如，在拋光Al₂O₃基板時，使用硅溶膠拋光液會發生下圖化學反應，生成物則會在機械磨拋過程中除去。這就意味著CMP過程更適用于可以發生界面反應且生成物硬度較低的陶瓷材料。

2、超聲振動輔助磨料流拋光

超聲波振動可以在很短的時間內釋放大量能量，并廣泛應用于硬脆性材料的加工。通過將超聲振動和磨料流拋光技術相結合，利用超聲振動系統把超聲振動作用于磨料流，結合兩者的動能完成拋光加工的一種新的復合拋光方式，被命名為超聲振動輔助磨料流拋光(UVAFP)。

超聲輔助磨料流拋光示意圖

在超聲振動作用下，磨料流對被加工工件表面的沖擊作用會得到明顯的增強，實現了被加工表面的高效拋光加工。且超聲的引入有利于微氣泡的形成與破滅，有助于材料的脫落，得到更為精確的拋光表面。有研究發現，拋光Al₂O₃基板時界面處Al₂O₃的應力隨超聲振幅的增加而快速變大，當振幅為4μm時，陶瓷基板表面粗糙度Ra達到最小值。

3、電泳拋光

電泳拋光是一種極具潛力的非接觸的拋光方法之一，該技術利用帶電粒子在電場中移動速度不同而達到分離。

電泳拋光原理示意圖

上方原理圖中陶瓷工件端為負極，拋光頭為正極時，拋光粒子在電場力作用下向拋光頭聚集，形成一個柔性磨粒層，當陶瓷工件旋轉時，磨料與工件間會發生摩擦和碰撞，進而達到拋光的目的。而當圖中陶瓷工件為正極，拋光頭為負極時，拋光粒子將在電場作用下向工件方向聚集，陶瓷工件和拋光頭相對運動，拋光粒子對工件表面產生沖擊碰撞，從而達到去除材料的目的。由于這種方法幾乎對加工表面不產生機械加工常見的損傷，故最適合于功能陶瓷的超精密加工。

4、電解拋光

為了改善金屬表面的微觀幾何形狀，降低金屬表面的粗糙度，科研人員發明了一種新型的表面處理技術“電解拋光”。

電解拋光裝置圖

電解拋光利用電流和化學反應相組合，在電解液中以金屬工件作為陽極，不溶性金屬作為陰極，在兩電極間加入電壓，使陽極上的微凸起部分發生選擇性溶解，降低表面粗糙度，生成光滑的表面。它具有設備簡單低廉、操作簡單快速、生產效率高，能夠修整機械拋光無法拋到的凹陷處，增加工件的抗腐蝕性等優點。

5、等離子體輔助拋光

等離子體輔助拋光(PAP)技術是一種超低壓力的干法拋光技術，它將化學改性和物理去除相結合，通過等離子體照射進行表面改性，借助軟磨料的摩擦作用去除材料，打破了傳統機械加工的局限，可以獲得原子級平坦表面，不會造成亞表面損傷，能夠獲得平整度較好的表面質量，成功應用于多種難加工材料，如 SiC、AlN 等陶瓷材料。

PAP 加工示意圖

6、磁流變拋光

磁流變拋光技術(MRF)是一種介于接觸式拋光與非接觸式拋光的一種拋光方法。磁流變液具有優異的流變性能和力學性能，在未加磁場時流變特性與普通牛頓流體相似，當受到一定強度的磁場作用時，會產生明顯的磁流變效應。在磁場中，發生流變的磁流變液流經工件與運動盤形成的小間隙時，會對接觸部位的工件表面產生很大的剪切力，進而對工件產生切削拋光，使工件表面的材料被高效地去除。

磁流變拋光工作原理示意圖

與傳統的加工方法相比，磁流變拋光技術具有加工面形精度高、加工過程易于控制、磨頭無磨損、表面粗糙度小、表面損傷小、無亞表面損傷以及可精確控制力等優點，因此多應用于加工要求高的精密和超精密領域，最常應用于光學加工領域，特別適合中、小口徑Φ50 mm以下光學元件的快速拋光，具有廣闊的應用前景。

總結

本文介紹的幾種常見拋光工藝，各具特色，適用于不同的應用場景。隨著技術的不斷進步和市場需求的日益增長，陶瓷基板拋光技術必將迎來更多創新和突破。新材料的引入、工藝的改進以及設備的升級，都將在未來持續推動著拋光技術的發展。

資料來源：

姚忠櫻,常逸文,崔鴿,等.陶瓷基板拋光技術研究現狀[J].陶瓷學報,2023,44(06):1093-1102.DOI:10.13957/j.cnki.tcxb.2023.06.004.

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