在現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展中，“拋光”正變得越來越重要，特別是在高性能電子設(shè)備和先進光電器件中，材料的加工精度往往決定了產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

近年來，氮化鋁(AlN)陶瓷基板作為一種具備優(yōu)異的熱導(dǎo)性和電絕緣性的陶瓷材料，被廣泛應(yīng)用于這些領(lǐng)域。因此，要如何對這些氮化鋁陶瓷進行精密拋光，以確保其在高端應(yīng)用中的表現(xiàn)，成為了行業(yè)的關(guān)注重點。

氮化鋁基板（來源：MARUWA CO., LTD）

氮化鋁陶瓷的性質(zhì)

氮化鋁屬于Ⅲ-Ⅴ族中的強共價化合物，是一種以共價鍵相連的人工合成二元材料，有著類似于金剛石的結(jié)構(gòu)，以鋁原子為中心原子與相鄰的四個氮原子形成[AlN₄]四面體作為基本結(jié)構(gòu)單元。

氮化鋁晶體結(jié)構(gòu)

人工制備的多晶氮化鋁（AlN）陶瓷在熱學(xué)性能上表現(xiàn)優(yōu)異，其熱導(dǎo)率范圍為(10 W·m^?1·K^?1~260 W·m^?1·K^?1)，室溫下是氧化鋁的10~15倍，其中熱壓燒結(jié)的氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率最高。機械性能方面，室溫下其維氏硬度為12 GPa，彎曲強度約350~400 MPa，彈性模量為310 GPa，綜合性能優(yōu)良。在化學(xué)性能上，氮化鋁陶瓷具備良好的高溫抗腐蝕能力，但對水蒸氣吸濕性強，并且在堿性環(huán)境中易生成軟質(zhì)層。此外氮化鋁陶瓷還具有低介電常數(shù)、低介電損耗和高擊穿場強等優(yōu)勢。

氮化鋁陶瓷的拋光工藝及進展

因具有優(yōu)異的熱學(xué)性能、化學(xué)性能、機械性能，氮化鋁基板是近年來電子產(chǎn)業(yè)，尤其是封裝和電路基板中一類常用的材料。也由于主要應(yīng)用于高端產(chǎn)業(yè)，因此對基板的厚度、面精度、表面粗糙度有很高的要求。

可氮化鋁陶瓷硬度高、脆性大、易水解，傳統(tǒng)的機械拋光會使晶粒從氮化鋁表面脫落，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，嚴重影響基板的強度和性能。目前，為了獲得表面質(zhì)量較高的氮化鋁陶瓷基板，主要會采取下表中的幾種拋光工藝。

AlN陶瓷基板常用的拋光工藝

1、化學(xué)機械拋光（CMP）

CMP結(jié)合了化學(xué)和機械方法，通過使用含有磨料的拋光液在拋光墊上對材料表面進行磨削和化學(xué)腐蝕。該過程利用化學(xué)反應(yīng)去除材料表面的薄層，同時通過機械磨削實現(xiàn)精細的表面平整度。不過在化學(xué)機械拋光中，需要讓機械研磨作用和化學(xué)腐蝕作用達到一個平衡，這樣加工出來的工件表面才會足夠光滑。

CMP原理圖

2、集群磁流變拋光（C-MRP）

C-MRP是一種改進的磁流變拋光技術(shù)，由于拋光盤形成的拋光墊的集群效應(yīng)，它可以將傳統(tǒng)磁流變拋光中的單點拋光點轉(zhuǎn)化為多點拋光，磨粒均勻地分布在磁流變液中，確保在拋光過程中與工件充分接觸，從而獲得高的去除效率和質(zhì)量，同時它能夠消除傳統(tǒng)加工造成的表面損傷，而且沒有新的表面質(zhì)量問題，因此更適合加工脆性和硬質(zhì)材料的表面。白振偉等使用集群磁流變拋光對AlN基板進行60 min拋光后，粗糙度成功從1.7302μm降至0.0378μm。

集群磁流變拋光原理

3、等離子輔助拋光（PAP）

PAP使用等離子體作為輔助介質(zhì)，在拋光過程中等離子體會輻照對表面進行改性，再通過超低壓或者使用軟磨料去除改性層。Sun等對燒結(jié)后的AlN陶瓷基板表面進行了等離子體輔助拋光和無等離子體照射拋光的比較。通過應(yīng)用等離子體輔助拋光可以獲得500 nm·h^?1的材料去除率，是無等離子體照射拋光的兩倍。在精拋實驗中，獲得了表面粗糙度Ra為3 nm的光滑AlN表面。

PAP 加工示意圖

除了以上工藝外，還有一些科研人員巧妙了利用AlN易與水反應(yīng)這一特點，采用溶膠-凝膠(SG)法對AlN陶瓷基板拋光，如呂小斌等采用一種半固結(jié)磨料拋光工具“溶膠凝膠拋光膜”對AlN基板進行加工。實驗結(jié)果得出AlN基板粗拋階段宜采用溶膠凝膠拋光膜干法拋光，精拋階段宜采用溶膠凝膠拋光膜濕法拋光進行加工，達到較高的表面質(zhì)量。在粗拋階段中機械作用力占主導(dǎo)，精拋階段中水合作用占主導(dǎo)。

總結(jié)

隨著材料科學(xué)和加工技術(shù)的不斷進步，AlN陶瓷基板的拋光技術(shù)也將持續(xù)演化。未來的研究可能會集中在開發(fā)更高效的拋光工具，進一步優(yōu)化拋光工藝參數(shù)，以及探索新型的拋光方法。通過這些進步，AlN陶瓷基板的拋光效率和表面質(zhì)量將得到進一步提升，以滿足更高的工業(yè)應(yīng)用需求。

資料來源：

姚忠櫻,常逸文,崔鴿,等. 陶瓷基板拋光技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]. 陶瓷學(xué)報,2023,44(6):1093-1102. DOI:10.13957/j.cnki.tcxb.2023.06.004.

潘飛,王建彬,徐慧敏,等. 氮化鋁陶瓷的超精密加工研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 陶瓷學(xué)報,2023,44(2):208-216. DOI:10.13957/j.cnki.tcxb.2023.02.002.

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