Al2O3 陶瓷基板具有机械强度高、硬度大、耐高温、耐腐蚀、光透过率高、化学稳定性和耐热 冲击性能高，绝缘性和与金属附着性良好，是目 前电子技术领域中综合性能较好、应用最广泛的陶瓷材料，占陶瓷基板总量的 90% 。

Al2O3 陶瓷基板可以通过机械抛光先进行粗抛，去除大的麻点和划痕，再通过 CMP 精抛，表 面达到纳米级粗糙度水平，Qu 等对比了不同磨 料在 CMP 抛光过程中与 M 面蓝宝石的作用机理， 结果发现葡萄糖酸钠(Gluc)能够与之反应生成柔软 的 Al(OH)4 − /Gluc−，同时，Al2O3 又能够和SiO2抛光液形成柔性的 Al2Si2O7·2H2O，进一步提升抛光效率。Al2O3 陶瓷基板也可以使用单面研磨抛光机 和双面研磨抛光机。陈建新等通过单面研磨抛光 和双面研磨抛光对 Al2O3 陶瓷基板进行抛光，结果表明单面抛光的抛光效率与表面质量均优于双面抛光，采用 W0.5 的 SiC 磨料可以获得平均表面粗糙度Ra为10nm的光滑表面。王卫芳等对 Al2O3陶瓷基板进行精密机械抛光，得出最佳抛光工艺参数。当SiC磨料的粒径为 2 μm，轴向载荷质量为 9 kg、 磨盘转速为 90 r·min−1、抛光液浓度为 35%、连续研磨 时间为50 min时，基板的表面粗糙度由原始的1.49 μm 下降至 0.22 μm，表面粗糙度改善率达到 85%。表 2 列出了适用于 Al2O3陶瓷基板常用的抛光方法。

同时，皮秒抛光技术也非常适用于 Al2O3陶瓷的 抛光。传统的激光抛光不是直接去除表面材料，而是 需要对超快激光激发的纳米颗粒进行再结晶。激发的 纳米粒子熔化重结晶，在陶瓷表面形成一层致密的细 晶结构，导致表面粗糙度降低，不同于传统的激光抛 光技术，皮秒抛光不使用连续激光加热材料表面使 之蒸发，而是通过波长短于光子—电子耦合的短波 激光加热电子并将其激发。这样失去电子的阳离子 就会因为静电斥力松动并被去除。Zhang等将激光能量密度设定在 5.09 J·cm−2，当扫描速度为 800 mm·s −1、扫描间隔 10 μm 时，发现 Al2O3陶瓷的表面粗糙度Ra从1.8 μm下降到0.32 μm。另一方面， 为了满足对于复杂平面的抛光需求，超声振动辅 助抛光技术也广泛应用在 Al2O3 陶瓷抛光中。Zhang 等研究了不同超声振幅下 Al2O3 陶瓷在 超 声 振 动 辅 助 抛 光 中 的 表 面 性 质 ， 发 现 抛光面表面粗糙度 Ra 随超声振幅增大呈先减小后增大的趋势。另外，Yan 采用一种新型无损抛 光 Al2O3的新方法—激光控制的断裂剥离技术抛 光 Al2O3陶瓷，实验结果表明，该技术可以完全 去除切割表面上的重铸层。抛光表面没有缺陷， 具有与基材相似的微观结构，并且抛光表面的粗 糙度 Ra 达到 2.18 μm。

2.2 BeO 陶瓷基板抛光

BeO 陶瓷基板属于高导热陶瓷材料之一，因 具有低密度、低介电常数、高抗折强度、高绝缘 性能、热导率高(热导系数可达 310 W·m−1·k−1 )等 特点，被广泛用于军事通讯、光电技术、遥感遥 测、电子对抗等领域。但是 BeO 陶瓷粉体有剧毒， 对身体健康和环境危害较大，因此限制了它的发展。目前，美国是全球主要的 BeO 陶瓷基板生 产和消费国，福特和通用等汽车公司在点火装置 中大量使用 BeO 陶瓷基板。

通过传统的抛光技术只能获得表面粗糙度约 0.08 μm 的 BeO 陶瓷基板，主要原因就是 BeO 孔隙率高，致密性差，在抛光过程中，被抛光面容 易被划伤，难以满足亚微米级及以下的薄膜电路 的发展要求 。王刚等采用双面研磨抛光机对 BeO 陶瓷基板进行抛光，先采用 W0.3 粒径的金 刚石抛光液在铸铁盘上粗抛，后采用 W0.1 粒径 的金刚石抛光液在聚氨酯衬的底盘上精抛，表面 粗糙度 Ra 可达到 0.08 μm，平面度在±0.03 μm 以 内，能够满足薄膜电路/器件对高导热陶瓷抛光基板高可靠性、高精度的发展需求，整体性能水平 到达国际先进水平。

2.3 SiC 陶瓷基板抛光

SiC 陶瓷基板具有优异的热导率和高温耐磨 性、化学稳定性好、密度低、热膨胀系数低，常 用于高散热、高导热、大电流、大电压以及需要 高频率运作的产品，是一种在信息产业和电子器 件中具有广泛应用前景的陶瓷材料，作为一种典 型的脆硬材料，在加工过程中常出现较大的表面 缺陷和严重的亚表面损伤。

Luo 等采用 CMP 抛光方法，通过铝金属盘 和 SiC 界面接触并用 1 wt.%的 Na2SO4 盐溶液作 为抛光液，产生电化学腐蚀将 4H-SiC 界面软化为 SiO2，这使材料移除率提高 105%，表面粗糙度降低 37.8%。Pan 等使用含 SiO2 磨料的 H2O2 碱性溶液进行抛光，测试发现 H2O2能够提升抛光速 率，但是 H2O2 浓度过高或者过低会导致基板表面出现凹坑缺陷，认为是反应层的形成与去除过程 难以达到平衡导致的。除此之外，Feng 等通过 超 精 密 磨 削 实 验 ， 研 究 了 反 应 烧 结 碳 化 硅 (RB-SiC)和无压烧结碳化硅(S-SiC)的材料去除特 性，分别采用目数为 120#、600#、2000#和 12000# 金刚石杯形砂轮进行粗磨、半成品磨、细磨和精 磨。结果表明：当使用#2000 金刚石砂轮研磨 RB-SiC 和 S-SiC 陶瓷时，可以获得约 Ra 为 3 nm 的表面粗糙度和小于 8 nm 的凹槽深度，满足了大 多数高性能应用的要求。Jiang 等提出了一种利 用阳极氧化辅助抛光加工 RB-SiC 陶瓷的新方法。通过 RB-SiC 陶瓷的阳极氧化，可以降低氧化样 品的硬度，并且在磨料抛光的辅助下容易加工软 氧化物层。Li 等通过纳米压痕技术，分析了 SiC 磨削轨迹，建立了 UVAG 磨削力的理论模型。单因素实验表明，磨削力随着磨削深度、进给速 度和超声振幅的增加而增加，而随着主轴转速的增加而减小，磨削深度和进给速度对磨削力的影 响大于超声波振幅和主轴速度。对比实验结果表 明，与普通磨削相比，UVAG 有利于改善表面质 量，减少亚表面损伤深度。表3列出了 SiC 陶瓷基板常用抛光方法。

2.4 Si3N4 陶瓷基板抛光

Si3N4 陶瓷基板无毒、介电常数低、机械性强、 断裂韧性高、耐高温、耐腐蚀、耐冲击性能强， 热膨胀系数与单晶硅相匹配，在汽车减震器、发 动机、车用 IGBT 等产品，以及交通轨道、航天 航空等领域广泛应用。

李庆忠等研究了不同 SiO2 抛光液配制参 数对精细雾化 CMP 抛光 Si3N4 陶瓷基板的抛光效果的影响。试验结果表明：当加入 5 wt.%的 SiO2 磨料、1 wt.%的 H2O2 氧化剂、pH 值调节为 8 时， 通过精细雾化 CMP 抛光的 Si3N4 陶瓷基板的材 料去除率为 108.24 nm·min−1，表面粗糙度 Ra 为 3.39 nm，与传统 CMP 抛光接近，但是节省了抛 光液的用量，仅为传统抛光液用量的 1/9。沃德 发明了一种酸性含水性抛光液用于 CMP 技术抛 光 Si3N4 陶瓷，抛光液主要由 CeO2、非聚合物型 不饱和氮杂环化合物、聚氧化烯聚合物和水组成。与此类似，朱忠良采用 CeO2、Cr2O3、Al2O3 以及水组成的 CMP 抛光液抛光 Si3N4 陶瓷，抛光 速度快且时间短，提高了生产效率，降低制造成 本，获得光滑的抛光面，显著提高 Si3N4 陶瓷的 表面质量。除了化学机械抛光技术外，Zhang 等提出了一种激光宏微观组合结构磨削方法。通过 测试表明，使用这种方法的磨削力和表面粗糙度 分别比使用常规磨削时的磨削力和表面粗糙度低 31%和 40%。

2.5 AlN 陶瓷基板抛光

AlN 陶瓷基板作为一种高导热陶瓷材料，热 导率可达 150 W·m−1·K−1～230 W·m−1·K−1，是 Al2O3 陶瓷的 8 倍以上。并且 AlN 陶瓷基板与 Si、SiC、GaAs 等半导体芯片材料热膨胀系数匹 配，散热性能优良、耐腐蚀性能优异、介电常数 和介电损耗低、无毒，可以满足大型集成电路的 散热需求，是一种适合组装大型集成电路的高性 能陶瓷基板，有望成为替代电子工业用陶瓷基板 Al2O3、SiC 和 BeO 的极佳材料。

早在 1985 年，日本的一些企业就已经将 AlN 陶瓷基板投产使用。AlN 陶瓷基板主要应用于 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。由于 AlN 陶瓷硬度高、脆性大、易水解、加工难度大，传统的机械抛光会使 晶粒从 AlN 表面脱落，严重影响基板的强度和性 能，难以实现 AlN 表面的超光滑抛光。为解决 AlN 陶瓷基板抛光工艺的问题，李丹结合传统 化学抛光法和机械抛光法，并采用正交实验方法 系统研究了 AlN 陶瓷基板的最佳抛光工艺为 pH 值为 11、抛光头的压力为 0.55 MPa、抛光盘转速 为 40 r·min−1。白振伟等发现集群磁流变抛光 加工 AlN 基板可以实现高效率超光滑抛光，基板 经过抛光 60 min 后，粗糙度从 1.7302 μm 降至 0.0378 μm。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。

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，例如：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。表 4 列出了 AlN 陶瓷基板抛光方法。

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。本文从陶瓷基板常 用抛光技术出发，综述了 Al2O3、AlN、SiC、BeO 以及 Si3N4 等陶瓷基板典型抛光技术的最新研究进展，随之也发现了一些问题和规律。