为了改善平整度,获得高表面精度、低表面粗糙度的陶瓷基板,首先通过研磨工序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。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。
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)技术被誉为是当今时代能实现集成电路(IC)制造中晶圆表面全局平坦化的目前唯一技术,化学机械抛光的效果直接影响到芯片最终的质量和成品率。CMP通过抛光液中化学试剂的非物理性腐蚀和机械磨削的双重耦合作用,在原子水平上去除表面缺陷,获得全局平坦化表面,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。
等离子体辅助抛光(PAP)工艺是通过等离子将表面材料氧化为较软的氧化层,同时仍依靠磨料摩擦磨损去除材料的一种辅助化学机械抛光。其基础原理为:通过射频发生器(RF)反应气体(如水蒸气、O2等)产生含有自由基团(如OH自由基团、O自由基)的等离子体,具有较强氧化能力的自由基团对材料表面氧化改性,获得一层较软的氧化层,然后利用软磨料(如CeO2、Al2O3等)抛光去除该氧化层,使材料表面达到原子级光滑面。
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。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。
电解抛光通过电化学反应选择性作用于工件表面,以此来实现材料表面平坦的抛光技术。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。
超声波振动与电子放电、等离子体和激光类似,可以在很短的时间内释放大量能量,并大范围的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。
磁流变抛光技术,是利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有黏塑行为的柔性“小磨头”与工件之间具有快速的相对运动,使工件表面受到很大的剪切力,从而使工件表面材料被去除的抛光技术。
参考来源:[1] 燕禾等,化学机械抛光技术探讨研究现状及发展的新趋势[2] 徐慧敏等,碳化硅晶片的化学机械抛光技术探讨研究进展[3] 姚忠樱等,陶瓷基板抛光技术探讨研究现状[4] 王磊,碳化硅晶体电化学机械抛光工艺研究[5] 中国粉体网
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