随着集成电路和半导体行业的快速发展，具有高表面精度和低粗糙度的陶瓷基板成为封装基板的最佳选择，而抛光工序作为陶瓷基板生产过程中最为关键的环节，决定了产品整体质量的好坏。
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。艾邦建有陶瓷基板产业群，欢迎产业链上下游企业加入微信群。
1. 化学机械抛光（CMP）
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)最早可以追溯到 1965 年由 Monsanto 首次提出 CMP 技术的概念，该技术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，近年来受到广泛关注。CMP 抛光是陶瓷基板实现全局平坦化的主流抛光方法。
图 CMP 抛光工艺示意图
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。CMP 工艺中，通过调节抛光液和抛光参数，可以实现消除缺陷和划痕从而达到预期的加工效果。此外，抛光液中磨粒的形貌影响着材料的去除效果，相对圆润的磨粒更容易获得良好的抛光效果。
抛光垫是CMP抛光过程中的重要消耗品之一，一般需要具备适当的刚性和多孔吸水特性，是决定抛光面表面质量和抛光效率的重要辅料。抛光垫一般都带有不同形状的沟槽，能够帮助传输磨料和提高抛光均匀性，主要有三种类型，聚氨酯抛光垫、无纺布抛光垫和复合型抛光垫。抛光垫的主要作用是存储、传输抛光液，对被加工工件提供一定压力并对其表面进行机械摩擦。
2. 超声振动辅助磨料流抛光
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)。工作过程中，压电陶瓷在超声电源的驱动下利用换能器带动变幅杆与工具产生超声频振动。随后，工具端面把超声振动传递给磨料流。在超声振动作用下，磨料流对被加工工件表面的冲击作用得到了明显的增强，实现了被加工表面的高效抛光加工。超声的引入有利于微气泡的形成与破灭，而工件表面微气泡破灭的同时又有助于材料的脱落，得到更为精确的抛光表面。这一特性促使这种抛光技术特别适用于精密光学器件的表面抛光。
图 超声辅助磨料流抛光示意图
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。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。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。
图 电泳抛光原理示意图
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。电解抛光的原理可以用黏膜理论解释，从工件上脱离的金属离子与电解液中的磷酸形成一层磷酸盐膜吸附在工件表面，该磷酸盐膜在工件的凸起处较薄，在凹陷处较厚。而凸起处的电流密度较高因而溶解快，随着黏膜流动，工件表面的粗糙度不断降低，表面被逐渐修整光滑。电解抛光方法具有设备简单低廉、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。
图 电解抛光装置图
5. 等离子体辅助抛光
等离子体辅助抛光(PAP)技术最早是由日本大阪大学的 Yamamura 于 2010 年提出，是一种超低压力的干法抛光技术。该技术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。
图 PAP 加工示意图
PAP 技术中采用的等离子体在真空和高频电场下产生，以惰性气体作为载气，能够产生强氧化性自由基团的气体(水蒸气、O2、He 等)作为反应气体。抛光过程中，反应气体产生的自由基团与样品发生反应，形成硬度较低的改性层。与此同时，软磨料(如 CeO2)不断地对氧化层进行机械切削抛光，最终获得光滑无损伤的原子级平坦表面。
图 PAP 技术原理图
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。这种方法将微米尺寸的铁磁性颗粒分散在绝缘液相中形成磁流变液。磁流变液是一种新型的智能材料，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。
图 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。
图 氮化铝陶瓷基板抛光片，来源：臻璟
陶瓷基板作为集成电路和覆铜板的衬底材料，其表面质量直接影响后端器件的使用寿命和作用可靠性，为了满足器件集成化、小型化和高可靠性的发展要求，未来对陶瓷基板表面质量的要求会愈发严苛，应用的陶瓷基板表面处理技术也面临着越来越严苛的挑战。研发生产过程中，需要根据陶瓷基板的材质以及表面要求，选择不同的抛光方法或复合抛光方案。
来源：陶瓷基板抛光技术研究现状，姚忠樱,等.
原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：几种陶瓷基板的抛光技术介绍
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