CN108747597A - 一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法，该方法包括基片的固定和粘贴，将基片和辅助二氧化硅薄片共同粘贴在陶瓷承载盘上；基片的磨削加工，砂轮以中间进给方式磨削基片去除材料；基片的研磨加工，采用固着磨料，去除磨削留下的砂轮印；基片的高速抛光，采用固着抛光丸片对基片进行高速抛光；基片的化学机械抛光，采用纳米二氧化硅抛光液进行抛光；基片的拆卸，基片正面加工完成后，将基片从陶瓷承载盘上拆卸下；基片的翻面固定，融化石蜡，将基片翻面同正面一样固定；基片的反面减薄，将基片最厚位置厚度加工至要求的上限值之上的一个值，通过研磨‑测量‑研磨循环步骤精确控制基片的厚度。本发明方法加工时间短、成品率高、成本低。

Description

一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法

技术领域

本发明涉及氧化铝陶瓷基片加工技术领域，具体涉及一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法。

背景技术

氧化铝陶瓷基片，是在96％～99％氧化铝陶瓷材料中添加了适量的矿物原料烧结而成的电子陶瓷基片，对膜电路元件及外贴切元件起支撑底座的作用。由于氧化铝陶瓷基片具有耐高温、电绝缘性能好、介电常数和介质损耗低、热导率大、化学稳定性好、与元件的热膨胀系数相近等优点，并且价格便宜，因而广泛应用于薄膜集成电路、厚/薄膜混合集成电路及各种薄膜元器件(如薄膜电容、PTC电阻等)中。作为衬底的电子陶瓷基片，其厚度和表面质量均是十分重要的指标，因而需要对氧化铝陶瓷进行机械加工以获得所需厚度及表面粗糙度。

现有氧化铝陶瓷基片加工方法有磨削加工、切削加工、激光加工、超声波加工、高压磨料水射流加工。由于氧化铝陶瓷材料属于难加工材料，考虑加工成本，最常用的加工方法为磨削加工。磨削加工中又有单面研磨抛光加工和双面研磨抛光加工。单面研磨抛光的抛光效率和表面质量均优于双面研磨抛光。双面抛光时工件装夹在游星轮保持架内，通过中心轴齿轮和外圈齿的啮合在上下抛光盘间做游星运动，该运动由于齿轮啮合产生的工件跳动较大，磨料对工件的去除效率较低，产生的表面损失较多。单面研磨抛光的工艺流程为贴蜡、研磨、化学机械抛光、拆卸、反面减薄。单面研磨抛光贴蜡时，蜡的厚度不能做到均匀一致。粘贴完成的基片放在研磨抛光机中使用研磨盘配合研磨液进行研磨抛光。使用研磨液对基片进行加工，容易造成材料的浪费，且研磨抛光效率不高。由于蜡粘贴的不均匀性，造成基片表面高度不一致，直接进行研磨，会因为压力分布不均导致材料去除效率低，浪费研磨液。研磨后的基片表面粗糙度大，直接进行化学机械抛光，所需要的抛光时间会很长，且不容易得到优质表面。在反面减薄步骤中，如果使用研磨方式进行，则需花费大量时间，采用金刚石砂轮磨削减薄，又容易出现崩边问题，提高废品率。且用砂轮磨削减薄，砂轮实际进给量并一定等于基片厚度的去除量，厚度不易控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法，该方法包括以下步骤：

步骤1）基片的固定和粘贴，切取与基片厚度相同的辅助二氧化硅薄片，并通过热融的石蜡将基片和辅助二氧化硅薄片共同粘贴在陶瓷承载盘上；

步骤2）基片的磨削加工，将固定有基片的陶瓷承载盘放在磨床上，砂轮以中间进给方式磨削基片去除材料，使基片表面高度一致；

步骤3）基片的研磨加工，采用固着磨料，通过定轴给固定在陶瓷承载盘上基片施加压力，通过托盘旋转带动基片绕定轴旋转进行研磨，去除磨削留下的砂轮印，降低基片表面粗糙度，改善基片平面度；

步骤4）基片的高速抛光，采用固着抛光丸片以及步骤3）中的研磨加工装置对基片进行高速抛光，每高速抛光一次，修整一次抛光盘，最后清洗高速抛光后的基片，去除基片表面的抛光残留物，进一步降低基片表面粗糙度；

步骤5）基片的化学机械抛光，先预热抛光垫，稳定控制抛光温度，之后采用纳米二氧化硅抛光液进行抛光，用显微镜观察基片表面质量，达到要求后进入下一步；

步骤6）基片的拆卸，基片正面加工完成后，将基片从陶瓷承载盘上拆卸下；

步骤7）基片的翻面固定，将陶瓷承载盘上的石蜡融化，测量每一片基片四个边角处的厚度，将其翻面同正面一样固定；

步骤8）基片的反面减薄，采用砂轮磨削，将基片最厚位置厚度加工至要求的上限值之上的一个值，通过研磨-测量-研磨循环步骤精确控制基片的厚度。

进一步的，所述步骤1）中，陶瓷承载盘的平面度和平行度均低于2um，采用石蜡加热融化均匀涂抹在陶瓷承载盘上，放置基片与辅助二氧化硅薄片，在气动加压机上给基片以及辅助二氧化硅薄片加压10分钟，冷却5分钟，使基片完整稳定地贴在陶瓷承载盘的盘面上，辅助二氧化硅薄片长度与基片边长相等，粘贴时辅助二氧化硅薄片靠近基片粘贴，相距5mm，冷却定型后，将辅助二氧化硅薄片与基片表面的石蜡用刀片刮去，并用煤油清洗。

进一步的，所述步骤2）中，将固定有基片的陶瓷承载盘放在磨床磁平台上，陶瓷承载盘边缘靠上铁块固定住，砂轮磨削基片去除材料，砂轮优选青铜结合剂金刚石砂轮，砂轮目数在300目-500目，砂轮主轴转速为1500rpm或者3000rpm，磁平台在工作前用砂轮修整，使其平面度良好，砂轮做轴向进给与竖直进给，竖直进给深度每次不大于5um，轴向移动至陶瓷承载盘中心位置即可返程，正面磨削时磨削接近100um深度，通过观察基片表面形态，直至判定基片表面高度一致。

进一步的，所述步骤2）中，在基片每条边上采用激光切出倒角，以防止崩边。

进一步的，所述步骤3）中，采用金刚石颗粒大小为40um的固着磨料，研磨时，以水做冷却液，以及设置相应的冷却水管道，间断供应冷却水以提高研磨效率，研磨时长约3min，基片厚度减少约20um，至基片表面无砂轮印，研磨1min左右，将基片抛光20s，在干涉仪下观测基片平面度，根据基片平面度调整定轴位置，以改善平面度。

进一步的，所述步骤4）中，抛光时抛光盘转速300rpm-400rpm，时长3min左右，每高速抛光一次，采用棕玉修整一次抛光盘，修整时抛光盘转速50-80rpm，时长1min，抛光后的基片放置在稀盐酸溶液中浸泡10min，清水洗净洗去研磨抛光时残留在表面的铜粉。

进一步的，所述步骤5）中，抛光前，采用热水将抛光垫预热，抛光温度控制在40-45℃，抛光采用纳米二氧化硅抛光液，抛光磨粒颗粒大小40nm，抛光液使用前用水稀释，比例为1:4，PH值约为10，抛光盘转速50rpm，气压0.3Mpa，抛光20min后显微镜下观察基片表面质量，根据观察结果继续调整摆臂位置抛光或是拆卸。

进一步的，所述步骤7）中，将陶瓷承载盘放在热水中，将石蜡融化。

进一步的，所述步骤8）中，以基片最薄位置减薄后厚度在要求的极限值之上10um为基准，将基片减薄，减薄后的基片，在研磨机上进行研磨，去除反面的砂轮印，并控制厚度，每磨一段时间，测量厚度变化，直至符合要求。

本发明的有益效果是:

1.采用本发明的加工方法，加工时间短，一盘基片的加工时间由原来的2.5h缩短至1.5h，效率提高了40%，节约成本；

2.成品率高，成品率由原来的75%提高至90%，保证成品的厚度在要求的尺寸范围之内；

3.成品表面粗糙度低，95%成品表面粗糙度在20nm之内，改善在砂轮磨削过程中，基片出现的大量崩边问题，并改善在化学机械抛光步骤中长时间抛光而表面质量未得到明显改善问题。

附图说明

图1为本发明的工艺流程框图；

图2为本发明的基片固定和粘贴示意图；

图3为本发明的磨削加工示意图；

图4为本发明的研磨抛光立体示意图；

图5为本发明的研磨抛光主视向示意图。

图中标号说明：101、陶瓷承载盘，103、基片，105、辅助二氧化硅薄片，202、磁平台，204、砂轮主轴，206、砂轮，307、托盘，308、定轴，309、固着磨料，310、冷却水管道。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

如图1所示，一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法，该方法包括以下步骤：

步骤1）基片103的固定和粘贴，切取与基片103厚度相同的辅助二氧化硅薄片105，并通过热融的石蜡将基片103和辅助二氧化硅薄片105共同粘贴在陶瓷承载盘101上；

步骤2）基片103的磨削加工，将固定有基片103的陶瓷承载盘101放在磨床上，砂轮206以中间进给方式磨削基片103去除材料，使基片103表面高度一致；

步骤3）基片103的研磨加工，采用固着磨料309，通过定轴308给固定在陶瓷承载盘101上基片103施加压力，通过托盘307旋转带动基片103绕定轴308旋转进行研磨，去除磨削留下的砂轮印，降低基片103表面粗糙度，改善基片103平面度；

步骤4）基片103的高速抛光，采用固着抛光丸片以及步骤3）中的研磨加工装置对基片103进行高速抛光，每高速抛光一次，修整一次抛光盘，最后清洗高速抛光后的基片103，去除基片103表面的抛光残留物，进一步降低基片103表面粗糙度；

步骤5）基片103的化学机械抛光，先预热抛光垫，稳定控制抛光温度，之后采用纳米二氧化硅抛光液进行抛光，用显微镜观察基片103表面质量，达到要求后进入下一步；

步骤6）基片103的拆卸，基片103正面加工完成后，将基片103从陶瓷承载盘101上拆卸下；

步骤7）基片103的翻面固定，将陶瓷承载盘101上的石蜡融化，测量每一片基片103四个边角处的厚度，将其翻面同正面一样固定；

步骤8）基片103的反面减薄，采用砂轮206磨削，将基片103最厚位置厚度加工至要求的上限值之上的一个值，通过研磨-测量-研磨循环步骤精确控制基片103的厚度。

如图2所示，所述步骤1）中，陶瓷承载盘101的平面度和平行度均低于2um，采用石蜡加热融化均匀涂抹在陶瓷承载盘101上，放置基片103与辅助二氧化硅薄片105，在气动加压机上给基片103以及辅助二氧化硅薄片105加压10分钟，冷却5分钟，使基片103完整稳定地贴在陶瓷承载盘101的盘面上，辅助二氧化硅薄片105长度与基片103边长相等，粘贴时辅助二氧化硅薄片105靠近基片103粘贴，相距5mm，冷却定型后，将辅助二氧化硅薄片105与基片103表面的石蜡用刀片刮去，并用煤油清洗。

如图3所示，所述步骤2）中，将固定有基片103的陶瓷承载盘101放在磨床磁平台202上，陶瓷承载盘101边缘靠上铁块固定住，砂轮206磨削基片103去除材料，砂轮206优选青铜结合剂金刚石砂轮206，砂轮206目数在300目-500目，砂轮主轴204转速为1500rpm或者3000rpm，磁平台202在工作前用砂轮206修整，使其平面度良好，砂轮206做轴向进给与竖直进给，竖直进给深度每次不大于5um，轴向移动至陶瓷承载盘101中心位置即可返程，正面磨削时磨削接近100um深度，通过观察基片103表面形态，直至判定基片103表面高度一致。

所述步骤2）中，在基片103每条边上采用激光切出倒角，以防止崩边。

如图4和图5所示，所述步骤3）中，采用金刚石颗粒大小为40um的固着磨料309，研磨时，以水做冷却液，以及设置相应的冷却水管道310，间断供应冷却水以提高研磨效率，研磨时长约3min，基片103厚度减少约20um，至基片103表面无砂轮印，研磨1min左右，将基片103抛光20s，在干涉仪下观测基片103平面度，根据基片103平面度调整定轴308位置，以改善平面度。

所述步骤4）中，抛光使用的固着抛光丸片可采用专利ZL201310157546.3中的固着抛光丸片，抛光时抛光盘转速300rpm-400rpm，时长为3min-5min，每高速抛光一次，采用棕玉修整一次抛光盘，修整时抛光盘转速50-80rpm，时长1min，抛光后的基片103放置在稀盐酸溶液中浸泡10min，清水洗净洗去研磨抛光时残留在表面的铜粉。

所述步骤5）中，抛光前，采用热水将抛光垫预热，抛光温度控制在40-45℃，抛光采用纳米二氧化硅抛光液，抛光磨粒颗粒大小40nm，抛光液使用前用水稀释，比例为1:4，PH值约为10，抛光盘转速50rpm，气压0.3Mpa，抛光20min后显微镜下观察基片103表面质量，根据观察结果继续调整摆臂位置抛光或是拆卸。

所述步骤7）中，将陶瓷承载盘101放在热水中，将石蜡融化。

所述步骤8）中，以基片103最薄位置减薄后厚度在要求的极限值之上10um为基准，将基片103减薄，减薄后的基片103，在研磨机上进行研磨，去除反面的砂轮印，并控制厚度，每磨一段时间，测量厚度变化，直至符合要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1）基片的固定和粘贴，切取与基片厚度相同的辅助二氧化硅薄片，并通过热融的石蜡将基片和辅助二氧化硅薄片共同粘贴在陶瓷承载盘上；

步骤2）基片的磨削加工，将固定有基片的陶瓷承载盘放在磨床上，砂轮以中间进给方式磨削基片去除材料，使基片表面高度一致；

步骤3）基片的研磨加工，采用固着磨料，通过定轴给固定在陶瓷承载盘上基片施加压力，通过托盘旋转带动基片绕定轴旋转进行研磨，去除磨削留下的砂轮印，降低基片表面粗糙度，改善基片平面度；

步骤4）基片的高速抛光，采用固着抛光丸片以及步骤3）中的研磨加工装置对基片进行高速抛光，每高速抛光一次，修整一次抛光盘，最后清洗高速抛光后的基片，去除基片表面的抛光残留物，进一步降低基片表面粗糙度；

步骤5）基片的化学机械抛光，先预热抛光垫，稳定控制抛光温度，之后采用纳米二氧化硅抛光液进行抛光，用显微镜观察基片表面质量，达到要求后进入下一步；

步骤6）基片的拆卸，基片正面加工完成后，将基片从陶瓷承载盘上拆卸下；

步骤7）基片的翻面固定，将陶瓷承载盘上的石蜡融化，测量每一片基片四个边角处的厚度，将其翻面同正面一样固定；

步骤8）基片的反面减薄，采用砂轮磨削，将基片最厚位置厚度加工至要求的上限值之上的一个值，通过研磨-测量-研磨循环步骤精确控制基片的厚度。

2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基片表面加工方法，其特征在于，所述步骤1）中，陶瓷承载盘的平面度和平行度均低于2um，采用石蜡加热融化均匀涂抹在陶瓷承载盘上，放置基片与辅助二氧化硅薄片，在气动加压机上给基片以及辅助二氧化硅薄片加压10分钟，冷却5分钟，使基片完整稳定地贴在陶瓷承载盘的盘面上，辅助二氧化硅薄片长度与基片边长相等，粘贴时辅助二氧化硅薄片靠近基片粘贴，相距5mm，冷却定型后，将辅助二氧化硅薄片与基片表面的石蜡用刀片刮去，并用煤油清洗。

3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基片表面加工方法，其特征在于，所述步骤2）中，将固定有基片的陶瓷承载盘放在磨床磁平台上，陶瓷承载盘边缘靠上铁块固定住，砂轮磨削基片去除材料，砂轮优选青铜结合剂金刚石砂轮，砂轮目数在300目-500目，砂轮主轴转速为1500rpm或者3000rpm，磁平台在工作前用砂轮修整，使其平面度良好，砂轮做轴向进给与竖直进给，竖直进给深度每次不大于5um，轴向移动至陶瓷承载盘中心位置即可返程，正面磨削时磨削接近100um深度，通过观察基片表面形态，直至判定基片表面高度一致。

4.根据权利要求1或3所述的氧化铝陶瓷基片表面加工方法，其特征在于，所述步骤2）中，在基片每条边上采用激光切出倒角，以防止崩边。

5.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基片表面加工方法，其特征在于，所述步骤3）中，采用金刚石颗粒大小为40um的固着磨料，研磨时，以水做冷却液，以及设置相应的冷却水管道，间断供应冷却水以提高研磨效率，研磨时长约3min，基片厚度减少约20um，至基片表面无砂轮印，研磨1min左右，将基片抛光20s，在干涉仪下观测基片平面度，根据基片平面度调整定轴位置，以改善平面度。

6.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基片表面加工方法，其特征在于，所述步骤4）中，抛光时抛光盘转速300rpm-400rpm，时长3min左右，每高速抛光一次，采用棕玉修整一次抛光盘，修整时抛光盘转速50-80rpm，时长1min，抛光后的基片放置在稀盐酸溶液中浸泡10min，清水洗净洗去研磨抛光时残留在表面的铜粉。

7.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基片表面加工方法，其特征在于，所述步骤5）中，抛光前，采用热水将抛光垫预热，抛光温度控制在40-45℃，抛光采用纳米二氧化硅抛光液，抛光磨粒颗粒大小40nm，抛光液使用前用水稀释，比例为1:4，PH值约为10，抛光盘转速50rpm，气压0.3Mpa，抛光20min后显微镜下观察基片表面质量，根据观察结果继续调整摆臂位置抛光或是拆卸。

8.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基片表面加工方法，其特征在于，所述步骤7）中，将陶瓷承载盘放在热水中，将石蜡融化。

9.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基片表面加工方法，其特征在于，所述步骤8）中，以基片最薄位置减薄后厚度在要求的极限值之上10um为基准，将基片减薄，减薄后的基片，在研磨机上进行研磨，去除反面的砂轮印，并控制厚度，每磨一段时间，测量厚度变化，直至符合要求。