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光电(dian)(dian)子技(ji)(ji)术(shu)(shu)是电(dian)(dian)子信息技(ji)(ji)术(shu)(shu)的(de)一个分支，也(ye)是半导体技(ji)(ji)术(shu)(shu)、微电(dian)(dian)子技(ji)(ji)术(shu)(shu)、材(cai)料技(ji)(ji)术(shu)(shu)、光学(xue)、通信、计算机等多(duo)学(xue)科(ke)交叉产生(sheng)的(de)新(xin)技(ji)(ji)术(shu)(shu)。20世纪90年(nian)代，美(mei)国商务部(bu)曾经有一篇文章(zhang)，指出谁在光电(dian)(dian)技(ji)(ji)术(shu)(shu)方面取得主动权(quan)，谁就将在21世纪的(de)尖端科(ke)学(xue)较量中(zhong)夺魁。

 

到了(le)21世纪后，光(guang)(guang)电子技(ji)术更是以(yi)年(nian)倍增(zeng)的爆(bao)炸速度增(zeng)长，目(mu)前已(yi)被广泛应用于(yu)现(xian)实社(she)会中，如与人(ren)们日(ri)常生(sheng)活相关的现(xian)代通讯技(ji)术领(ling)域、制(zhi)造业相关的先进制(zhi)造技(ji)术领(ling)域以(yi)及重(zhong)要(yao)的国防领(ling)域等等，都与包(bao)括光(guang)(guang)电芯片在(zai)内的光(guang)(guang)电子器件密切相关。

而(er)随着光电与(yu)半导体产业的(de)进步(bu)与(yu)发展，最(zui)常见的(de)陶瓷材料——氧(yang)化(hua)铝也开(kai)始有了新需(xu)求。别看氧化铝很普遍(bian)，但(dan)它的作用却一点都不少，尤其是高(gao)纯氧化铝，当其粒度细且均匀(yun)时就会具有优于常规(gui)材(cai)料的光、热、磁、电(dian)(dian)等特性，因此(ci)可游走于光电(dian)(dian)半导体(ti)产业中各大领域发挥作用，是实打(da)实的多功能(neng)材(cai)料。具体(ti)都有哪(na)些，下面一起来(lai)看看。

半导体的CMP抛光(guang)液

化学(xue)(xue)机(ji)械(xie)抛光(guang)（CMP）是(shi)将机(ji)械(xie)削磨和化学(xue)(xue)腐蚀(shi)组合(he)的技术，它可借助超微粒(li)子的研(yan)磨作(zuo)用以及浆料(liao)的化学(xue)(xue)腐蚀(shi)作(zuo)用，在被(bei)研(yan)磨的介质表面(mian)上形成光(guang)洁(jie)的平(ping)(ping)面(mian)。目前，化学(xue)(xue)机(ji)械(xie)抛光(guang)是(shi)唯一(yi)的全(quan)局化平(ping)(ping)坦技术，因此被(bei)广泛应用于(yu)蓝(lan)宝(bao)石、集成电路、硬盘、光(guang)学(xue)(xue)玻璃等(deng)材料(liao)的表面(mian)精密加工。

CMP工艺原理图

磨(mo)料是CMP浆(jiang)料中的(de)(de)主要成分，在(zai)CMP过(guo)程中起到的(de)(de)两个(ge)作(zuo)用为：①机械作(zuo)用的(de)(de)实施者，起机械磨(mo)削作(zuo)用；②传输物料的(de)(de)功(gong)能，不(bu)仅将新鲜浆(jiang)料传输至抛光垫(dian)与被抛材料之间(jian)，还将反应物带离材料表面(mian)(mian)，使(shi)得材料新生表面(mian)(mian)露出，进一步反应去除。

选(xuan)择磨料时，应(ying)优先考虑分散(san)性好(hao)，流(liu)动(dong)性好(hao)，硬度适中，易于清(qing)洗的(de)(de)磨料，氧化铝(lv)就是常见的(de)(de)选(xuan)择之一。但随着(zhe)半导体的(de)(de)要(yao)求越(yue)来越(yue)高(gao)，CMP用(yong)的(de)(de)氧化铝(lv)也被要(yao)求更(geng)小(xiao)粒径(jing)与更(geng)高(gao)的(de)(de)球(qiu)形度。因此纳米球(qiu)型氧化铝(lv)成(cheng)为CMP领域的(de)(de)好(hao)选(xuan)择，应(ying)用(yong)的(de)(de)氧化铝(lv)粉最大粒径(jing)（D90或D100）越(yue)小(xiao)越(yue)好(hao)。

 

 

光电封(feng)装用黑色氧化(hua)铝(lv)基板

常(chang)见的氧(yang)(yang)化铝(lv)(lv)是白色(se)，但有些用(yong)途需(xu)要避免氧(yang)(yang)化铝(lv)(lv)基板(ban)反射光(guang)线(xian)，因此“黑色(se)氧(yang)(yang)化铝(lv)(lv)”便诞生了。黑色(se)氧(yang)(yang)化铝(lv)(lv)陶瓷基板(ban)主要用(yong)于(yu)半导体(ti)集成电(dian)路和(he)具有高光(guang)敏感(gan)性(xing)的电(dian)子(zi)产(chan)品，例如适用(yong)于(yu)气密性(xing)强、透光(guang)性(xing)好(hao)、可靠性(xing)高的军用(yong)集成电(dian)路的封(feng)(feng)装(zhuang)，可以用(yong)来做石英晶(jing)体(ti)振荡器、光(guang)学器件(jian)等产(chan)品的基板(ban)及封(feng)(feng)装(zhuang)外壳。

需注意，应用(yong)在光(guang)电封(feng)装的(de)(de)黑色(se)氧(yang)化(hua)(hua)铝基(ji)板(ban)除了颜色(se)要(yao)(yao)求外，对于强度与杂(za)质(zhi)也有特别(bie)的(de)(de)要(yao)(yao)求。目(mu)前为了确保黑色(se)氧(yang)化(hua)(hua)铝基(ji)板(ban)长期(qi)使用(yong)的(de)(de)稳(wen)定性(xing)，会采用(yong)特殊固溶黑色(se)氧(yang)化(hua)(hua)铝粉材(cai)料配方，也就是在氧(yang)化(hua)(hua)铝粉体合(he)成时，特别(bie)添加(jia)过渡性(xing)氧(yang)化(hua)(hua)物，制造可(ke)吸(xi)收(shou)可(ke)见光(guang)的(de)(de)能(neng)阶(jie)，从而使它能(neng)吸(xi)收(shou)极(ji)大(da)比(bi)例的(de)(de)可(ke)见光(guang)。

黑(hei)白(bai)氧化铝对比

但有些过渡性氧化物会让氧化铝的烧结温度降低，有些甚至在氧化铝的烧结温度前便开始挥发，造成成分不稳定，因此黑色氧化铝的烧结process window（温度范围）比氧化铝窄很多。另外，黑色氧化铝常会添加TiO2。若在还原气氛下，TiO2会被还原，造成黑色氧化铝介电强度大幅下降并变色，因此黑色氧化铝应避免在还原气氛烧结。

氧化铝静电吸盘

随着半导(dao)体器件集(ji)成度越来(lai)(lai)越高，晶(jing)片(pian)(pian)(pian)尺(chi)寸(cun)越来(lai)(lai)越大，单元器件尺(chi)寸(cun)越来(lai)(lai)越小，因此对(dui)颗粒(li)的(de)污染(ran)控制更加严格，以(yi)往的(de)卡盘(pan)固定晶(jing)片(pian)(pian)(pian)的(de)方法(fa)已(yi)经不(bu)(bu)能满足要求(qiu)了。在(zai)新一代半导(dao)体制造设备(bei)中(zhong)，开始采用(yong)了静电吸(xi)盘(pan)。静电吸(xi)盘(pan)的(de)优点在(zai)于(yu)作用(yong)力(li)在(zai)吸(xi)盘(pan)上的(de)变(bian)化(hua)比(bi)较平缓(huan)，不(bu)(bu)会(hui)产(chan)生应力(li)集(ji)中(zhong)，也不(bu)(bu)会(hui)导(dao)致硅片(pian)(pian)(pian)在(zai)吸(xi)盘(pan)表面发生超过较大的(de)变(bian)形。由(you)于(yu)静电吸(xi)盘(pan)与(yu)硅片(pian)(pian)(pian)的(de)边缘不(bu)(bu)是直接(jie)接(jie)触，避免了对(dui)硅片(pian)(pian)(pian)边缘的(de)损坏和金属污染(ran)。

静电吸盘吸附(fu)晶圆过(guo)程

目前普遍的(de)(de)静电吸(xi)盘技术中，氧(yang)化(hua)铝(lv)(lv)陶瓷是常见的(de)(de)主(zhu)体材(cai)(cai)料(liao)，它在电绝缘(yuan)方(fang)面(mian)对比金属材(cai)(cai)料(liao)有(you)着先天(tian)的(de)(de)优(you)势；而跟PU材(cai)(cai)质(zhi)相比，氧(yang)化(hua)铝(lv)(lv)陶瓷则更耐(nai)磨耗不掉屑，因(yin)此近年来应(ying)用(yong)(yong)逐渐扩(kuo)大。要(yao)注意的(de)(de)是，氧(yang)化(hua)铝(lv)(lv)静电吸(xi)盘除了需烧结致密外，对于强(qiang)度与杂质(zhi)也有(you)特(te)别的(de)(de)要(yao)求(qiu)。另外因(yin)应(ying)用(yong)(yong)尺寸(cun)较大，使用(yong)(yong)的(de)(de)氧(yang)化(hua)铝(lv)(lv)粉应(ying)有(you)各方(fang)向收缩稳(wen)定的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)配方(fang)并与金属接着力好，以(yi)及易加工(gong)性。

透明氧化铝

氧化(hua)铝（半）透明(ming)陶瓷是(shi)第一个实现透明(ming)的陶瓷材料，它对可见光和红外光具有良(liang)好的透过性，同时(shi)也(ye)具有高温强度(du)大(da)、耐(nai)热性好、耐(nai)腐(fu)蚀性强及电阻(zu)率大(da)等特点，已经在能源、机械、军工(gong)、电子、半导体、医学等高技术领域得到越来越多的应用(yong)。

 

LED透(tou)明氧化(hua)铝陶瓷封装基片(pian)（来源：洛阳欣珑陶瓷有限公司）

透明(ming)氧化(hua)铝比玻璃有较(jiao)高的强度(du)，不(bu)易脆，因(yin)此被视为是相(xiang)当有潜力的新材料。制(zhi)备氧化(hua)铝透明(ming)陶瓷对原始粉末的要(yao)求(qiu)极高，需要(yao)满足(zu)纯度(du)、粒度(du)、晶型三个(ge)方面的要(yao)求(qiu)。纯度(du)须高于99.9%，粒度(du)一般(ban)为亚微米(mi)级(ji)（0.1μm~1μm）甚(shen)至纳米(mi)级(ji)，晶型为α相(xiang)。目前(qian)通常采(cai)用(yong)碳酸铝铵或硫(liu)酸铝铵热解(jie)法制(zhi)备这类α-Al₂O₃粉末。

氧化铝靶棒

氧化铝靶(ba)棒是(shi)一种(zhong)在(zai)生产半导体石英时使用(yong)的(de)耗材，需具有高(gao)纯度(du)，低杂(za)质溶出与(yu)耐热等特性。在(zai)此应用(yong)的(de)氧化铝粉(fen)，粉(fen)体纯度(du)越高(gao)越好，金属杂(za)质越低越好。成型时的(de)堆(dui)积密(mi)度(du)越高(gao)越好，且易烧(shao)结与(yu)烧(shao)结收缩的(de)一致性。

 

总结

光电子技(ji)术是国与国之(zhi)间(jian)科技(ji)竞争的(de)一(yi)项重(zhong)要体(ti)现，也(ye)是我国“中国制造(zao)2025”大力提倡支持的(de)关键领域，随着(zhe)5G通信(xin)、高功率激(ji)光加工、新一(yi)代光显示应(ying)用快速推动，据预计未来(lai)光电产业市场规模将突破万(wan)亿(yi)美(mei)元，在(zai)这其中氧化铝是否还会扮演新的(de)角色呢，就让(rang)我们(men)拭目以待(dai)吧！