在现代科技的飞速发展中，“抛光”正变得越来越重要，特别是在高性能电子设备和先进光电器件中，材料的加工精度往往决定了产品的整体质量。

近年来，氮化铝(AlN)陶瓷基板作为一种具备优异的热导性和电绝缘性的陶瓷材料，被广泛应用于这些领域。因此，要如何对这些氮化铝陶瓷进行精密抛光，以确保其在高端应用中的表现，成为了行业的关注重点。

氮化铝基板（来源：MARUWA CO., LTD）

氮化铝陶瓷的性质

氮化铝属于Ⅲ-Ⅴ族中的强共价化合物，是一种以共价键相连的人工合成二元材料，有着类似于金刚石的结构，以铝原子为中心原子与相邻的四个氮原子形成[AlN₄]四面体作为基本结构单元。

氮化铝晶体结构

人工制备的多晶氮化铝（AlN）陶瓷在热学性能上表现优异，其热导率范围为(10 W·m⁻¹·K⁻¹~260 W·m⁻¹·K⁻¹)，室温下是氧化铝的10~15倍，其中热压烧结的氮化铝陶瓷热导率最高。机械性能方面，室温下其维氏硬度为12 GPa，弯曲强度约350~400 MPa，弹性模量为310 GPa，综合性能优良。在化学性能上，氮化铝陶瓷具备良好的高温抗腐蚀能力，但对水蒸气吸湿性强，并且在碱性环境中易生成软质层。此外氮化铝陶瓷还具有低介电常数、低介电损耗和高击穿场强等优势。

氮化铝陶瓷的抛光工艺及进展

因具有优异的热学性能、化学性能、机械性能，氮化铝基板是近年来电子产业，尤其是封装和电路基板中一类常用的材料。也由于主要应用于高端产业，因此对基板的厚度、面精度、表面粗糙度有很高的要求。

可氮化铝陶瓷硬度高、脆性大、易水解，传统的机械抛光会使晶粒从氮化铝表面脱落，产生破碎层、脆性裂纹、残余应力、塑性变形区等一系列表面缺陷，严重影响基板的强度和性能。目前，为了获得表面质量较高的氮化铝陶瓷基板，主要会采取下表中的几种抛光工艺。

AlN陶瓷基板常用的抛光工艺

1、化学机械抛光（CMP）

CMP结合了化学和机械方法，通过使用含有磨料的抛光液在抛光垫上对材料表面进行磨削和化学腐蚀。该过程利用化学反应去除材料表面的薄层，同时通过机械磨削实现精细的表面平整度。不过在化学机械抛光中，需要让机械研磨作用和化学腐蚀作用达到一个平衡，这样加工出来的工件表面才会足够光滑。

CMP原理图

2、集群磁流变抛光（C-MRP）

C-MRP是一种改进的磁流变抛光技术，由于抛光盘形成的抛光垫的集群效应，它可以将传统磁流变抛光中的单点抛光点转化为多点抛光，磨粒均匀地分布在磁流变液中，确保在抛光过程中与工件充分接触，从而获得高的去除效率和质量，同时它能够消除传统加工造成的表面损伤，而且没有新的表面质量问题，因此更适合加工脆性和硬质材料的表面。白振伟等使用集群磁流变抛光对AlN基板进行60 min抛光后，粗糙度成功从1.7302μm降至0.0378μm。

集群磁流变抛光原理

3、等离子辅助抛光（PAP）

PAP使用等离子体作为辅助介质，在抛光过程中等离子体会辐照对表面进行改性，再通过超低压或者使用软磨料去除改性层。Sun等对烧结后的AlN陶瓷基板表面进行了等离子体辅助抛光和无等离子体照射抛光的比较。通过应用等离子体辅助抛光可以获得500 nm·h⁻¹的材料去除率，是无等离子体照射抛光的两倍。在精抛实验中，获得了表面粗糙度Ra为3 nm的光滑AlN表面。

PAP 加工示意图

除了以上工艺外，还有一些科研人员巧妙了利用AlN易与水反应这一特点，采用溶胶-凝胶(SG)法对AlN陶瓷基板抛光，如吕小斌等采用一种半固结磨料抛光工具“溶胶凝胶抛光膜”对AlN基板进行加工。实验结果得出AlN基板粗抛阶段宜采用溶胶凝胶抛光膜干法抛光，精抛阶段宜采用溶胶凝胶抛光膜湿法抛光进行加工，达到较高的表面质量。在粗抛阶段中机械作用力占主导，精抛阶段中水合作用占主导。

总结

随着材料科学和加工技术的不断进步，AlN陶瓷基板的抛光技术也将持续演化。未来的研究可能会集中在开发更高效的抛光工具，进一步优化抛光工艺参数，以及探索新型的抛光方法。通过这些进步，AlN陶瓷基板的抛光效率和表面质量将得到进一步提升，以满足更高的工业应用需求。

资料来源：

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