氮化鋁陶瓷硬度高、難加工。在氮化鋁陶瓷的各應(yīng)用領(lǐng)域中，都對(duì)其表面加工質(zhì)量和精度提出了較高要求，脆硬材料在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生脆性斷裂引起加工表面產(chǎn)生破碎層、脆性裂紋、殘余應(yīng)力、塑性變形區(qū)等一系列表面缺陷。陶瓷基板在LED器件中主要面對(duì)熱力學(xué)環(huán)境的工作條件，因而上述缺陷會(huì)極大地影響基板的性能，降低器件的使用穩(wěn)定性和壽命。因此，實(shí)現(xiàn)氮化鋁陶瓷基板表面的近無(wú)損傷加工是十分必要的。

目前，為了獲得表面質(zhì)量較高的氮化鋁陶瓷基板，主要采用化學(xué)機(jī)械拋光、磁流變拋光、ELID磨削、激光加工、等離子輔助拋光以及復(fù)合拋光等超精密加工方法。

氮化鋁陶瓷化學(xué)機(jī)械拋光工藝

化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)作為目前半導(dǎo)體行業(yè)使用最廣泛的全局平坦化技術(shù)。工藝裝置主要由旋轉(zhuǎn)拋光盤(pán)、試件裝夾器及拋光液輸送裝置三部分構(gòu)成。拋光盤(pán)上粘貼有拋光墊并自旋轉(zhuǎn)，外部通過(guò)承載器給晶片施加正壓力，使得晶片與拋光墊兩者之間有合適的正壓力，能夠產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)磨料的狀態(tài)一般分為游離磨料拋光和固結(jié)磨料拋光。

在化學(xué)機(jī)械拋光中，材料的去除是通過(guò)化學(xué)和機(jī)械綜合作用，加工后的氮化鋁表面容易出現(xiàn)微裂紋，產(chǎn)生亞表面損傷。此外，在拋光工藝中，研磨液易造成污染，需要專門(mén)工藝處理，并且磨料容易對(duì)拋光墊造成磨損，需要定期對(duì)拋光墊修正。目前，用于氮化鋁的磨料、拋光墊種類、拋光工藝不如碳化硅成熟，有待進(jìn)一步深入研究。

氮化鋁陶瓷磁流變拋光工藝

磁流變拋光(MRF)，運(yùn)動(dòng)盤(pán)在磁極正上方，工件位于運(yùn)動(dòng)盤(pán)上方并保證工件與運(yùn)動(dòng)盤(pán)之間有一定的距離，施加磁場(chǎng)時(shí)，在該空隙處會(huì)形成高強(qiáng)度的梯度磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)盤(pán)內(nèi)有大量磁流變液，拋光開(kāi)始時(shí)，磁極發(fā)生強(qiáng)大磁場(chǎng)致使磁流變液從牛頓流體變成黏度較大的Bingham流體。在這個(gè)過(guò)程中，磁流變拋光液中的磁性粉粒會(huì)沿著磁場(chǎng)分布線形成鏈狀結(jié)構(gòu)，拋光中的磨料會(huì)依附在鐵粉鏈狀結(jié)構(gòu)表面，從而具有強(qiáng)剪切力，在工件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)流體動(dòng)壓剪切實(shí)現(xiàn)工件表面的材料去除。

磁流變拋光技術(shù)是介于接觸式拋光與非接觸式拋光的一種拋光方法。其與傳統(tǒng)拋光方法相比，具有拋光精度高，無(wú)刀具磨損、堵塞現(xiàn)象，去除率高且不引入亞表面損傷等優(yōu)點(diǎn)。但是磁流變液在使用過(guò)程中由于導(dǎo)磁粒子因相互摩擦存在磨損，磁流變液在使用期間需要密封，導(dǎo)致制備過(guò)程復(fù)雜、成本高昂，不利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化使用，一般該方法用于光學(xué)零件加工的最后一道工序。

氮化鋁陶瓷的ELID磨削工藝

電解內(nèi)修整(ELID)輔助磨削。砂輪通過(guò)電刷接電源正極，根據(jù)砂輪的形狀制造一個(gè)導(dǎo)電性能良好的電極接電源的負(fù)極，電極與砂輪表面之間有一定的間隙，從噴嘴中噴出的具有電解作用的磨削液進(jìn)入間隙后，在電流的作用下，砂輪的金屬基體作為陽(yáng)極被電解，使砂輪中的磨粒露出表面，形成一定的出刀距離和容屑空間。隨著電解過(guò)程的進(jìn)行，在砂輪表面逐漸形成一層鈍化膜，阻止電解過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行，使砂輪損耗不致太快，當(dāng)砂輪表面的磨粒磨損后，鈍化膜被工件材料刮擦去除繼續(xù)進(jìn)行，以對(duì)砂輪表面進(jìn)一步修整。上述過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，既避免了砂輪的過(guò)快消耗又自動(dòng)保持了砂輪表面的磨削能力。

ELID磨削技術(shù)是將傳統(tǒng)磨削、研磨、拋光結(jié)合為一體的復(fù)合鏡面加工技術(shù)，具有高效性、工藝簡(jiǎn)單、磨削質(zhì)量高等特點(diǎn)，并且使用的磨削液為弱電解質(zhì)的水溶液，對(duì)機(jī)床和工件沒(méi)有腐蝕作用，裝置簡(jiǎn)單，適合推廣。但在磨削過(guò)程中由于修正電流的變化容易導(dǎo)致氧化層不連續(xù)，工件表面容易不平整，磨削工件容易產(chǎn)生燒傷、殘余應(yīng)力、裂紋等缺陷。

氮化鋁陶瓷激光加工

激光加工是一種無(wú)接觸加工、無(wú)刀具磨損、高精度以及靈活性強(qiáng)的先進(jìn)加工技術(shù)，是適合脆硬型陶瓷材料的一種加工方法。其工作原理是光能通過(guò)透鏡聚焦后達(dá)到極高的能量密度，使材料在高溫下分解。激光加工方法成本低、效率高，但是難以控制產(chǎn)品的精度和表面質(zhì)量。

氮化鋁陶瓷等離子輔助拋光工藝

等離子輔助拋光(PAP)是一種干式拋光技術(shù)。由于其結(jié)合了等離子體輻照對(duì)表面進(jìn)行改性，可通過(guò)超低壓或者使用軟磨料去除改性層，因而常被用于加工難處理材料。該裝置包括由鋁合金制成的上下金屬電極、密封圈、Ar與CF4等離子體構(gòu)成的磨石以及上下旋轉(zhuǎn)裝置所構(gòu)成，回轉(zhuǎn)泵用于降低該區(qū)域等離子體產(chǎn)生所需的壓力。

目前，等離子體輔助拋光由于受磨石的影響，材料的去除率相對(duì)于其他加工工藝較低，并且PAP的加工設(shè)備昂貴，不適用于大規(guī)模加工。

氮化鋁陶瓷復(fù)合拋光工藝

對(duì)于典型的硬脆性材料，非接觸式的加工方法，如化學(xué)腐蝕和激光拋光等，往往存在環(huán)境污染、加工成本高、加工效率低等問(wèn)題。與之相比，接觸式的磨粒加工方法包括金剛石磨削和游離磨粒拋光，雖然加工效率高，工件形狀精度好，但會(huì)引入嚴(yán)重的表面和亞表面損傷，只適合粗加工，必須搭配刻蝕或拋光工序來(lái)實(shí)現(xiàn)損傷層的去除和應(yīng)力釋放。

從上述分析可以看出，單一的加工方法無(wú)法同時(shí)具有各種優(yōu)勢(shì)。為提高氮化鋁陶瓷基板加工表面質(zhì)量和加工效率，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也采用多種加工手段進(jìn)行復(fù)合拋光技術(shù)研究，常見(jiàn)的復(fù)合拋光工藝有超聲振動(dòng)輔助磨削、超聲波磨料水射流拋光以及超聲輔助固結(jié)磨?；瘜W(xué)機(jī)械拋光等。

總結(jié)與展望

氮化鋁陶瓷作為理想的電子器件封裝基板材料，存在巨大市場(chǎng)價(jià)值，氮化鋁陶瓷超精密加工后的高質(zhì)量加工表面是保證電子功率器件持久穩(wěn)定進(jìn)行的前提。目前，化學(xué)機(jī)械拋光仍是氮化鋁陶瓷最主要的平坦化超精密加工方法，并以其他超精密加工方法為輔。由于氮化鋁陶瓷屬于典型脆硬型材料，現(xiàn)階段精密加工技術(shù)仍存在以下問(wèn)題：

● 現(xiàn)有CMP、ELID、PAP、MRF等加工工藝都不具有批量生產(chǎn)的優(yōu)越性，氮化鋁陶瓷加工成本一直居高不下。

● 化學(xué)機(jī)械拋光中的研磨液、磨料、拋光墊種類較少，加工效率偏低。研發(fā)新型研磨液、磨料、拋光墊材料利于提高加工效率，降低成本。

● AlN陶瓷材料去除過(guò)程中的演變機(jī)理已經(jīng)取得一些進(jìn)展，但目前超精密加工氮化鋁陶瓷的表面損傷形成機(jī)理尚不夠明確，氮化鋁陶瓷實(shí)現(xiàn)延性加工臨界條件尚不明確，在表面質(zhì)量和加工效率約束下，加工工藝參數(shù)選擇尚未明確，需進(jìn)行深入的研究，為實(shí)現(xiàn)氮化鋁陶瓷高效低損傷精密加工提供技術(shù)支撐。

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