半导体产业在现代社会中扮演着至关重要的角色，从智能手机到智慧城市基础设施，深刻影响着人们的生活。特别是在第三代半导体材料，如GaN、SiC，它们在电子迁移率、饱和漂移速率和禁带宽度等方面表现优异，使得这些材料的器件具备耐高压、耐高温、高功率和低损耗等优势。然而，高功率半导体器件在工作过程中会产生大量热量，因此需要高效的散热系统。陶瓷基板因其优良的热导率和机械可靠性，成为电子行业散热系统的首选材料，显示出广泛的应用前景和发展趋势。

陶瓷基板

抛光技术在陶瓷基板的制造过程中起着关键作用，对基板的最终性能有着直接的影响。比如说可以显著改善基板表面的平整度和光洁度，减少表面缺陷，有利于更密集的电路设计的能力，从而提高器件的性能和可靠性。控制基板的凸度（平整度）也极大地改善了照片掩模图案到基底表面的转移，从而允许更精细的线条和空间。

总之，先进的抛光技术是实现高性能陶瓷基板不可或缺的一部分，直接影响其在各类电子应用中的表现。以下本文将介绍几种陶瓷基板典型的抛光技术，大家不妨一起了解一下。

抛光技术分类

陶瓷基板的加工，一般都先从研磨开始，先去除陶瓷基板表面的缺陷，加工变质层和划痕，再利用抛光技术进一步去除研磨过程中造成的表面或亚表面损伤，得到更低粗糙度的平整表面。目前常见的陶瓷基板的抛光技术分为化学机械抛光、磨料流抛光、超声振动辅助磨料流抛光、电泳抛光、电解抛光以及磁流变抛光等。

1、化学机械抛光

化学机械抛光(CMP)可以有效降低传统抛光过程造成的亚表面损伤，获得纳米级的面精度和亚纳米级的表面粗糙度。由于其独特的化学腐蚀和机械去除协同工艺，是目前能够实现全局平坦化的抛光技术之一。

原理图以及划痕示意图

在CMP抛光过程中，抛光液与基板表面发生化学反应，软化基板的同时通过机械研磨将被软化的表面去除，因此很适合陶瓷基板的抛光、Al₂O₃、SiC、AlN等均会使用。例如，在抛光Al₂O₃基板时，使用硅溶胶抛光液会发生下图化学反应，生成物则会在机械磨抛过程中除去。这就意味着CMP过程更适用于可以发生界面反应且生成物硬度较低的陶瓷材料。

2、超声振动辅助磨料流抛光

超声波振动可以在很短的时间内释放大量能量，并广泛应用于硬脆性材料的加工。通过将超声振动和磨料流抛光技术相结合，利用超声振动系统把超声振动作用于磨料流，结合两者的动能完成抛光加工的一种新的复合抛光方式，被命名为超声振动辅助磨料流抛光(UVAFP)。

超声辅助磨料流抛光示意图

在超声振动作用下，磨料流对被加工工件表面的冲击作用会得到明显的增强，实现了被加工表面的高效抛光加工。且超声的引入有利于微气泡的形成与破灭，有助于材料的脱落，得到更为精确的抛光表面。有研究发现，抛光Al₂O₃基板时界面处Al₂O₃的应力随超声振幅的增加而快速变大，当振幅为4μm时，陶瓷基板表面粗糙度Ra达到最小值。

3、电泳抛光

电泳抛光是一种极具潜力的非接触的抛光方法之一，该技术利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离。

电泳抛光原理示意图

上方原理图中陶瓷工件端为负极，抛光头为正极时，抛光粒子在电场力作用下向抛光头聚集，形成一个柔性磨粒层，当陶瓷工件旋转时，磨料与工件间会发生摩擦和碰撞，进而达到抛光的目的。而当图中陶瓷工件为正极，抛光头为负极时，抛光粒子将在电场作用下向工件方向聚集，陶瓷工件和抛光头相对运动，抛光粒子对工件表面产生冲击碰撞，从而达到去除材料的目的。由于这种方法几乎对加工表面不产生机械加工常见的损伤，故最适合于功能陶瓷的超精密加工。

4、电解抛光

为了改善金属表面的微观几何形状，降低金属表面的粗糙度，科研人员发明了一种新型的表面处理技术“电解抛光”。

电解抛光装置图

电解抛光利用电流和化学反应相组合，在电解液中以金属工件作为阳极，不溶性金属作为阴极，在两电极间加入电压，使阳极上的微凸起部分发生选择性溶解，降低表面粗糙度，生成光滑的表面。它具有设备简单低廉、操作简单快速、生产效率高，能够修整机械抛光无法抛到的凹陷处，增加工件的抗腐蚀性等优点。

5、等离子体辅助抛光

等离子体辅助抛光(PAP)技术是一种超低压力的干法抛光技术，它将化学改性和物理去除相结合，通过等离子体照射进行表面改性，借助软磨料的摩擦作用去除材料，打破了传统机械加工的局限，可以获得原子级平坦表面，不会造成亚表面损伤，能够获得平整度较好的表面质量，成功应用于多种难加工材料，如 SiC、AlN 等陶瓷材料。

PAP 加工示意图

6、磁流变抛光

磁流变抛光技术(MRF)是一种介于接触式抛光与非接触式抛光的一种抛光方法。磁流变液具有优异的流变性能和力学性能，在未加磁场时流变特性与普通牛顿流体相似，当受到一定强度的磁场作用时，会产生明显的磁流变效应。在磁场中，发生流变的磁流变液流经工件与运动盘形成的小间隙时，会对接触部位的工件表面产生很大的剪切力，进而对工件产生切削抛光，使工件表面的材料被高效地去除。

磁流变抛光工作原理示意图

与传统的加工方法相比，磁流变抛光技术具有加工面形精度高、加工过程易于控制、磨头无磨损、表面粗糙度小、表面损伤小、无亚表面损伤以及可精确控制力等优点，因此多应用于加工要求高的精密和超精密领域，最常应用于光学加工领域，特别适合中、小口径Φ50 mm以下光学元件的快速抛光，具有广阔的应用前景。

总结

本文介绍的几种常见抛光工艺，各具特色，适用于不同的应用场景。随着技术的不断进步和市场需求的日益增长，陶瓷基板抛光技术必将迎来更多创新和突破。新材料的引入、工艺的改进以及设备的升级，都将在未来持续推动着抛光技术的发展。

资料来源：

姚忠樱,常逸文,崔鸽,等.陶瓷基板抛光技术研究现状[J].陶瓷学报,2023,44(06):1093-1102.DOI:10.13957/j.cnki.tcxb.2023.06.004.

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