氧化鋁陶瓷是目前全球用量最大的氧化物陶瓷材料，廣泛應用于各個行業，既能滿足日常使用需求，也能適應特殊應用場景。其中，氧化鋁基板作為一種常見的電子陶瓷材料，被廣泛用于電子封裝、電路基板以及高功率器件的散熱基板。
氧化鋁基板具有以下主要物理特性：高硬度、優異的耐熱性、高介電常數與絕緣性、化學性質穩定等。目前Al2O3陶瓷基板的切割方式主要有：劃片刀機械切割、激光切割等，但由于Al2O3陶瓷硬度高、脆性大的特點，使切割加工中容易出現背崩、裂紋、熔渣等缺陷。因此，在實際生產中選擇合適的切割工藝至關重要，以確保加工精度、效率和成品率
背面崩邊的陶瓷基板
常用的切割工藝
1、劃片刀機械切割
劃片刀主要由電鑄鎳基結合劑、金剛石/類金剛石等硬質顆粒組成。切割時由主軸帶動刀片高速旋轉獲得高剛性，從而去除材料實現切割。由于刀片具有一定的厚度，要求劃片線寬較大。金剛石劃片刀能夠達到的最小切割線寬為 25~35um。在旋轉砂輪式劃片過程中，需要采用去離子水對刀片進行冷卻，并帶走切割后產生的渣屑。
劃片刀結構示意圖
該工藝具有優異的通用性，可用于各種晶圓、半導體封裝基板、陶瓷、玻璃等硬脆材料，當然也適用于薄型基板加工。另外當切割不同材質、厚度的產品時，需要更換不同的刀具。
切割過程示意圖
優點
l 高加工精度：切割精度可達微米級，適用于電子級基板加工。
l 加工速度快：適用于大批量生產，特別是小尺寸基板的切割。
l 設備成熟，成本較低：機械切割設備廣泛應用，工藝成熟，單次加工成本較低。
局限性
l 易產生崩邊和裂紋：由于機械接觸切割，可能導致材料破損，特別是對較厚或高脆性基板而言。
l 刀片磨損較快，需定期更換：氧化鋁的高硬度會加速刀片磨損，影響加工穩定性。
l 不適用于超厚基板：對于較厚的基板（>1mm），切割效率較低，且易產生內部裂紋。
2.、激光切割
激光切割是一種使用激光光切割材料的技術，工作原理是透過光學系統引導高功率激光的輸出，聚焦的激光光束射向材料，對材料進行熔融、氣化或燒蝕，從而留下高質量表面光潔度的切割邊緣。
激光切割打孔效果圖
由于激光光的光強度很高，幾乎可以加工所有的金屬和非金屬材料，不止可以加工高硬度、高熔點材料，也可以加工脆性和柔性材料。由于激光加工是非接觸加工，工作時不需要使用金屬切刀或是磨料刀具。
優點
l 無機械應力：采用非接觸式加工，避免機械應力導致的崩邊或裂紋。
l 高精度：特別是紫外激光，可實現極小切縫，適用于精細加工。
l 適用于復雜形狀加工：可自由調整切割路徑，適合異形切割。
l 生產連續性：沒有刀具磨損，可以減少因更換工具而停機的時間。
局限性
l 熱影響區：激光切割可能在切割邊緣產生熱影響區域，導致材料微觀結構變化甚至熱裂紋。
l 設備成本高：激光切割設備價格昂貴，維護成本較高。
l 切割速度相對較慢：對于大批量生產，速度可能不及機械切割。
3、磨料水射流切割
磨料水射流切割是利用高壓水流（通常超過300MPa）攜帶高速噴出的微小磨料粒子作用于工件表面，通過粒子的高速碰撞剪切作用達到磨削去除材料的加工工藝，是一種冷加工工藝。
這種切割工藝在過去二十年中發展得非常迅速，具有很高的柔性、很強的復雜型面適應性，因此應用范圍很廣，能夠切割多種材料，包括多種金屬和非金屬，也因為加工點小，非常適合板材切割。
優點
l 無熱影響區：水射流切割屬于冷加工，不會引起材料熱損傷或微觀結構變化。
l 適用于厚板切割：可切割較厚的氧化鋁基板，且切割邊緣完整。
l 無粉塵污染：相比于機械切割和激光切割，水射流不會產生粉塵，環保性較好。
局限性
l 切割精度較低：相比激光和劃片刀，水射流切割的精度較低，不適用于超精密加工。
l 切縫較寬：水射流的切口通常較寬，可能不適用于微小元件的加工。
l 噴嘴易磨損：高壓水射流加工時，射流束的速度可達幾百米每秒，噴嘴易磨損。
l 表面粗糙度較差：由于射流束的偏轉變形，在切割斷面易產生分層和條紋。
4、其他切割工藝
除了以上介紹的切割工藝外，使用電火花加工和水導激光切割也是可行的。電火花加工是利用電極與氧化鋁基板之間的放電腐蝕作用進行微細加工，適用于極硬材料的高精度切割。優點是可加工復雜形狀，適用于厚板和高硬度材料；局限性是加工速度較慢，效率低，不適用于大規模生產。
水導激光切割則是將激光束通過高速水流傳輸到切割區域，結合了水射流的冷卻效果和激光的高精度優勢。優點是減少熱影響區，提高切割質量；局限性是設備較復雜，維護成本較高，目前應用較少。
水導激光原理
總結
總之，氧化鋁基板因其高硬度、高脆性的特性，對切割工藝提出了較高要求。切割方法包括劃片刀機械切割、激光切割、水射流切割、電火花加工和水導激光等，它們各有優缺點，適用于不同的加工需求。在選擇合適的切割工藝時，往往需要綜合考慮基板厚度、加工精度、成本及生產效率，以滿足實際應用需求。
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作者：粉體圈
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