用于高纯氧化铝基板制备的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种工艺方法，尤其是涉及一种用于高纯氧化铝基板制备的工艺方法，属于电子陶瓷基板加工工艺技术领域。

背景技术

氧化铝陶瓷基板广泛应用于微电子领域，根据其金属化类型可以分为厚膜基板和薄膜基板。其中，厚膜基板一般采用95％～97％的氧化铝基板，后端通过丝网印刷技术进行镀膜以制备厚膜片阻，广泛用于混合集成电路；薄膜基板电路的线条细、精度高，在功率型LED封装中，由薄膜基板构成的陶瓷电路板已显示出了极强的竞争力。

当氧化铝陶瓷的纯度较低时，基板中玻璃相较多，存在多相晶界结构，因而表面粗糙度大，适用于厚膜基板。而薄膜基板电路的高精度以及细小化对基板的表面质量提出了更高的要求。纯度越高的基板，多相晶界结构越少，表面越光洁致密(其表面粗糙度一般为0.04～0.08μm)、介质损耗越低，强度越高。99.6％的高纯氧化铝是大多数薄膜电子基板应用的主力军，后端镀膜通常采用电路生成的溅射、蒸发和化学气相沉积金属。为了使得陶瓷基板的厚度更为精确、粗糙度更低，能够在其表面得到更为精细的图案和线路线条，通常对陶瓷表面进行研磨和抛光，控制厚度、平行度，并得到光滑平整的表面。

然而，要做好高纯氧化铝基板的研磨抛光并不容易，一是99.6％的高纯氧化铝的密度接近于理论密度3.98g/cm3，硬度仅次于金刚石，这对研磨和抛光都是极大的挑战；另外，薄膜电路对基板的厚度一致性、表面粗糙度、缺陷如表面缺陷、缺损、裂纹等的控制等参数要求极高，后续的精加工工艺需要达到更为精湛的水平。因此，国内市场几乎全部依赖于进口如KYOCERA，CoorsTek等，国内在此技术上存在一大片空白区。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以制备厚度一致性好，表面粗糙度低，缺陷少的用于高纯氧化铝基板制备的工艺方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于高纯氧化铝基板制备的工艺方法，所述的工艺方法通过顺序设置的平面磨边框、粗磨、精磨以及精抛工序获得尺寸精度高、表面粗糙度低，达到镜面要求的高纯氧化铝抛光基板，

其中，加工前所采用的高纯氧化铝陶瓷基板的密度≥3.95g/cm3、厚度为δ±0.05mm、翘曲度＜0.2mm，无裂纹、凹坑以及缺损的外观缺陷。

进一步的是，在对高纯氧化铝基板进行边框研磨时，是按下述步骤进行的，先在平面磨床的清洁台面上将高纯氧化铝基板瓷片竖起整齐堆叠，然后用挡铁固定，接着选用200-500目金刚石砂轮对高纯氧化铝基板瓷片的边框进行磨削，磨削的进刀量为0.01-0.02mm。

上述方案的优选方式是，在对高纯氧化铝基板进行粗磨加工时，是按下述步骤进行的，采用铸铁盘双面磨床，研磨前将磨床和高纯氧化铝基板用研磨液润湿，并将高纯氧化铝基板及夹具工装按照统一方向摆放在铸铁盘双面磨床上，每加工5-8次，修整一次研磨盘，待一个批次的高纯氧化铝基板加工完成后，对该批次高纯氧化铝基板进行清洗，洗除表面残屑及研磨液获得到厚度一致性好，平面度高，表面加工划痕均匀的粗磨高纯氧化铝基板。

进一步的是，在对高纯氧化铝基板进行精磨加工时，是按下述步骤进行，采用合成铜盘双面磨床，研磨前将磨床和高纯氧化铝基板用研磨液润湿，并将高纯氧化铝基板及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，每加工3-6次，修整一次研磨盘，待一个批次的高纯氧化铝基板加工完成，对该批次的高纯氧化铝基板进行清洗，洗除表面残屑及研磨液获得到厚度一致性好，平面度高，表面镜面，存在浅加工划痕的高纯氧化铝基板。

上述方案的优选方式是，在对高纯氧化铝基板进行抛光时，是按下述步骤进行的，采用聚氨酯抛光垫双面磨床，研磨前将磨床和高纯氧化铝基板用研磨液润湿，将高纯氧化铝基板及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，每加工3-6次，修整一次研磨盘，待一个批次的高纯氧化铝基板加工完成，对该批次高纯氧化铝基板进行清洗，初步洗除表面残屑及抛光液获得得到厚度一致性好，平面度高，表面镜面，存在残留抛光液的高纯氧化铝基板。

进一步的是，在对高纯氧化铝基板进行清洗时，是按下述步骤进行的，将抛光后的高纯氧化铝基板整齐摆放于盛具工装上，浸泡入清洗池，超声加热清洗5-10分钟；然后，使用超纯水超声清洗5-10分钟；最后，使用脱水剂浸泡1-5分钟，对高纯氧化铝基板表面进行脱水处理获得加工完成的高纯氧化铝基板。

上述方案的优选方式是，在粗磨、精磨以及抛光加工中所使用的研磨液分别为绿碳化硅研磨液、金刚石研磨液和硅溶胶抛光液，用量为均300～1000mL/h。

进一步的是，在粗磨中的研磨力为60-100kg，磨具转速为40-80rpm；在精磨中的研磨力为50-80kg，磨具转速为30-60rpm。

上述方案的优选方式是，在抛光加工中的研磨力为50-80kg，磨具转速为30-60rpm。

本发明的有益效果是：本申请提供的技术方案以密度≥3.95g/cm

具体实施方式

为了解决本申请背景技术中存在的技术问题，本发明提供的一种可以制备厚度一致性好，表面粗糙度低，缺陷少的用于高纯氧化铝基板制备的工艺方法。所述的工艺方法通过顺序设置的平面磨边框、粗磨、精磨以及精抛工序获得尺寸精度高、表面粗糙度低，达到镜面要求的高纯氧化铝抛光基板，

其中，加工前所采用的高纯氧化铝陶瓷基板的密度≥3.95g/cm3、厚度为δ±0.05mm、翘曲度＜0.2mm，无裂纹、凹坑以及缺损的外观缺陷。本申请提供的技术方案以密度≥3.95g/cm3、厚度为δ±0.05mm、翘曲度＜0.2mm，无裂纹、凹坑以及缺损的高纯氧化铝基板为坯料件，通过顺序设置的平面磨边框、粗磨、精磨以及精抛等工序来获得尺寸精度高、表面粗糙度低，达到镜面要求的高纯氧化铝抛光基板，这样既解决了现有技术加工难度大，甚至达到加工要求的技术问题，同时采用本申请提供的技术方案可以制备厚度一致性好，精度达到±0.02mm；表面粗糙度低，Ra≤0.02um；缺陷少，无宏观缺陷，无凹坑、缺损、裂纹、划痕等缺陷，满足现有技术要求的高纯氧化铝抛光基板，厚度一致性好。

上述实施方式中，为了获得厚度一致性更好，表面粗糙度更低，缺陷少的高纯氧化铝抛光基板，本申请提供各个工艺步骤更为细化的工序要求，具体如下，在对高纯氧化铝基板进行边框研磨时，是按下述步骤进行的，先在平面磨床的清洁台面上将高纯氧化铝基板瓷片竖起整齐堆叠，然后用挡铁固定，接着选用200-500目金刚石砂轮对高纯氧化铝基板瓷片的边框进行磨削，磨削的进刀量为0.01-0.02mm；在对高纯氧化铝基板进行粗磨加工时，是按下述步骤进行的，采用铸铁盘双面磨床，研磨前将磨床和高纯氧化铝基板用研磨液润湿，并将高纯氧化铝基板及夹具工装按照统一方向摆放在铸铁盘双面磨床上，每加工5-8次，修整一次研磨盘，待一个批次的高纯氧化铝基板加工完成后，对该批次高纯氧化铝基板进行清洗，洗除表面残屑及研磨液获得到厚度一致性好，平面度高，表面加工划痕均匀的粗磨高纯氧化铝基板；在对高纯氧化铝基板进行精磨加工时，是按下述步骤进行，采用合成铜盘双面磨床，研磨前将磨床和高纯氧化铝基板用研磨液润湿，并将高纯氧化铝基板及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，每加工3-6次，修整一次研磨盘，待一个批次的高纯氧化铝基板加工完成，对该批次的高纯氧化铝基板进行清洗，洗除表面残屑及研磨液获得到厚度一致性好，平面度高，表面镜面，存在浅加工划痕的高纯氧化铝基板；在对高纯氧化铝基板进行抛光时，是按下述步骤进行的，采用聚氨酯抛光垫双面磨床，研磨前将磨床和高纯氧化铝基板用研磨液润湿，将高纯氧化铝基板及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，每加工3-6次，修整一次研磨盘，待一个批次的高纯氧化铝基板加工完成，对该批次高纯氧化铝基板进行清洗，初步洗除表面残屑及抛光液获得得到厚度一致性好，平面度高，表面镜面，存在残留抛光液的高纯氧化铝基板；在对高纯氧化铝基板进行清洗时，是按下述步骤进行的，将抛光后的高纯氧化铝基板整齐摆放于盛具工装上，浸泡入清洗池，超声加热清洗5-10分钟；然后，使用超纯水超声清洗5-10分钟；最后，使用脱水剂浸泡1-5分钟，对高纯氧化铝基板表面进行脱水处理获得加工完成的高纯氧化铝基板。

进一步的，在粗磨、精磨以及抛光加工中所使用的研磨液分别为绿碳化硅研磨液、金刚石研磨液和硅溶胶抛光液，用量为均300～1000mL/h；在粗磨中的研磨力为60-100kg，磨具转速为40-80rpm；在精磨中的研磨力为50-80kg，磨具转速为30-60rpm；在抛光加工中的研磨力为50-80kg，磨具转速为30-60rpm。

综上所述，采用本申请提供的技术方案，解决了高纯氧化铝难加工、低良率的问题。采用本申王永胜提供的技术方案加工获得的高纯氧化铝抛光基板厚度一致性非常好，精度可以达到±0.02mm；表面粗糙度显著降低低，Ra≤0.02um；基本无宏观缺陷，如无凹坑、缺损、裂纹、划痕等缺陷。

下面通过具体的实施例对本申请的技术方案作进一步说明：

一种高纯氧化铝基板的抛光方法，所述的抛光方法包括以下步骤：

S1：高纯氧化铝基板边框研磨，在平面磨设备的清洁台面上，瓷片竖起整齐堆叠，使用挡铁固定瓷片，选用金刚石砂轮对瓷片边框进行磨削，使瓷片达到要求的边框尺寸和直角度。

S2：高纯氧化铝基板粗磨加工，得到粗磨产品的厚度一致性好，平面度高，表面均匀，存在较深加工痕迹。

S3：高纯氧化铝基板精磨加工，得到精磨产品厚度一致性好，平面度高，表面镜面，存在浅加工痕迹。

S4：高纯氧化铝基板抛光，得到抛光产品表面为镜面，粗糙度＜20nm，无加工划痕、印记。

S5：高纯氧化铝基板清洗，将产品整齐摆放于盛具工装上，浸泡入清洗池，超声加热清洗，洗除表面污渍及抛光液。

S6：使用超纯水超声清洗S5得到的产品5-10分钟，洗除清洗液及附着污渍。

S7：产品在脱水剂中浸泡，取出吹干，对基板表面进行脱水处理。

进一步的是，所述S2采用铸铁盘双面磨床，研磨液使用绿碳化硅研磨液，研磨前将磨床和瓷片用绿碳化硅研磨液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力80-100kg，转速为60-80rpm，加工至成品厚度α+0.08mm，将瓷片翻面，然后以原参数继续加工至成品厚度α+0.02mm，然后用清水初步清洗瓷片表面残屑及研磨液。

进一步的是，所述S3采用合成铜盘双面磨床，研磨液使用金刚石研磨液，研磨前将磨床和瓷片用金刚石研磨液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力60-80kg，转速为40-60rpm，产品加工至成品厚度αmm，对其进行清洗，洗除表面残屑及研磨液。

进一步的是，所述S4采用聚氨酯抛光垫双面磨床，抛光液使用硅溶胶抛光液，研磨前将磨床和瓷片用硅溶胶抛光液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力60-80kg，转速为40-60rpm，产品加工至成品厚度αmm，对其进行清洗，对表面抛光液进行初步清洗。

进一步的是，所述S5使用的清洗剂浓度为5～10％，清洗时间控制在5～10min，温度为60～80℃。

进一步的是，所述S7吹扫产品所用气体为氮气或其他洁净气体。

实施例一

选择密度＞3.95g/cm

S1：在平面磨设备的清洁台面上，瓷片竖起整齐堆叠，使用挡铁固定瓷片，选用200-500目金刚石砂轮对瓷片边框进行磨削，进刀量为0.01-0.02mm，将瓷片磨削至长宽尺寸50.8×50.8±0.10mm，直角度90±3°。

S2：采用铸铁盘双面磨床，研磨前将磨床和S1得到的产品用绿碳化硅研磨液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力80-100kg，转速为60-80rpm。产品加工至厚度0.52±0.02mm，然后用清水初步清洗瓷片表面残屑及研磨液。

S3：采用合成铜盘双面磨床，研磨前将磨床和S2得到的产品用金刚石研磨液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力60-80kg，转速为40-60rpm。产品加工至厚度0.51±0.02mm，然后用清水初步洗除表面残屑及研磨液。

S4：采用聚氨酯抛光垫双面磨床，研磨前将磨床和S3得到的产品用硅溶胶抛光液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力60-80kg，转速为40-60rpm。产品加工至厚度0.504±0.02mm，粗糙度＜20nm，用清水初步洗除表面残屑及研磨液。

S5：将S4得到的产品整齐摆放于盛具工装上，浸泡入清洗池，超声加热清洗5-10分钟，温度控制在60-80℃，洗除表面污渍及抛光液。

S6：使用超纯水超声清洗S5得到的产品5-10分钟，洗除清洗液及附着污渍。

S7：S6得到的产品在脱水剂中浸泡1-5分钟，对基板表面进行脱水处理。

采用本实施例制备的高纯氧化铝抛光片，瓷片厚度0.504±0.02mm，粗糙度＜20nm，无裂纹、缺损、划痕、凹坑等，结合50倍镜检，表面形貌均匀，存在少许黑点，处于受控范围。

实施例二

选择密度＞3.95g/cm

S1：在平面磨设备的清洁台面上，瓷片竖起整齐堆叠，使用挡铁固定瓷片，选用200-500目金刚石砂轮对瓷片边框进行磨削，进刀量为0.01-0.02mm，将瓷片磨削至长宽尺寸50.8×50.8±0.10mm，直角度90±3°。

S2：采用铸铁盘双面磨床，研磨前将磨床和S1得到的产品用绿碳化硅研磨液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力80-90kg，转速为50-70rpm。瓷片厚度加工至0.45±0.02mm时，将瓷片翻面，然后以原参数继续加工至厚度0.40±0.02mm，然后用清水初步清洗瓷片表面残屑及研磨液。

S3：采用合成铜盘双面磨床，研磨前将磨床和S2得到的产品用金刚石研磨液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力50-80kg转速为30-50rpm。产品加工至厚度0.38±0.02mm，然后用清水初步洗除表面残屑及研磨液。

S4：采用聚氨酯抛光垫双面磨床，研磨前将磨床和S3得到的产品用硅溶胶抛光液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力50-80kg，转速为40-60rpm。产品加工至厚度0.38±0.02mm，粗糙度＜20nm，用清水初步洗除表面残屑及研磨液。

S5：将S4得到的产品整齐摆放于盛具工装上，浸泡入清洗池，超声加热清洗5-10分钟，温度控制在60-80℃，洗除表面污渍及抛光液。

S6：使用超纯水超声清洗S5得到的产品5-10分钟，洗除清洗液及附着污渍。

S7：S6得到的产品在脱水剂中浸泡1-5分钟，对基板表面进行脱水处理。

采用本实施例制备的高纯氧化铝抛光片，瓷片厚度0.381±0.02mm，粗糙度＜20nm，无裂纹、缺损、划痕、凹坑等，结合50倍镜检，表面形貌均匀，无明显黑点。

实施例三

选择密度＞3.95g/cm

S1：在平面磨设备的清洁台面上，瓷片竖起整齐堆叠，使用挡铁固定瓷片，选用200-500目金刚石砂轮对瓷片边框进行磨削，进刀量为0.01-0.02mm，将瓷片磨削至长宽尺寸50.8×50.8±0.02mm，直角度90±3°。

S2：采用铸铁盘双面磨床，研磨前将磨床和S1得到的产品用绿碳化硅研磨液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力60-80kg转速为40-70rpm。瓷片厚度加工至0.32±0.02mm时，将瓷片翻面，然后以原参数继续加工至厚度0.27±0.02mm，然后用清水初步清洗瓷片表面残屑及研磨液。

S3：采用合成铜盘双面磨床，研磨前将磨床和S2得到的产品用金刚石研磨液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力50-70kg，转速为30-50rpm。产品加工至厚度0.254±0.02mm，然后用清水初步洗除表面残屑及研磨液。

S4：采用聚氨酯抛光垫双面磨床，研磨前将磨床和S3得到的产品用硅溶胶抛光液润湿，将产品及夹具工装按照统一方向摆放在磨床上，设备加工参数调整为加工力50-70kg，转速为30-50rpm。产品加工至厚度0.254±0.02mm，粗糙度＜20nm，用清水初步洗除表面残屑及研磨液。

S5：将S4得到的产品整齐摆放于盛具工装上，浸泡入清洗池，超声加热清洗5-10分钟，温度控制在60-80℃，洗除表面污渍及抛光液。

S6：使用超纯水超声清洗S5得到的产品5-10分钟，洗除清洗液及附着污渍。

S7：S6得到的产品在脱水剂中浸泡1-5分钟，对基板表面进行脱水处理。

采用本实施例制备的高纯氧化铝抛光片，瓷片厚度0.254±0.02mm，粗糙度＜20nm，无裂纹、缺损、划痕、凹坑等，结合50倍镜检，表面形貌均匀，存在少许黑点，处于受控范围。