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光(guang)电(dian)子技(ji)(ji)(ji)术是电(dian)子信(xin)息技(ji)(ji)(ji)术的一(yi)个(ge)分支，也(ye)是半导体技(ji)(ji)(ji)术、微电(dian)子技(ji)(ji)(ji)术、材料(liao)技(ji)(ji)(ji)术、光(guang)学、通信(xin)、计算机等(deng)多学科(ke)交(jiao)叉产生的新技(ji)(ji)(ji)术。20世纪(ji)90年(nian)代(dai)，美国商务部曾(ceng)经有一(yi)篇文章，指出(chu)谁在光(guang)电(dian)技(ji)(ji)(ji)术方面取(qu)得(de)主动权，谁就将在21世纪(ji)的尖端科(ke)学较量中夺魁(kui)。

 

到(dao)了21世纪后，光电(dian)子(zi)技术(shu)(shu)更是以年倍增(zeng)的(de)(de)爆炸速度增(zeng)长，目前已被广泛应(ying)用于现(xian)实社会中(zhong)，如与人们日常生活(huo)相(xiang)关的(de)(de)现(xian)代通(tong)讯技术(shu)(shu)领域(yu)(yu)、制造(zao)业(ye)相(xiang)关的(de)(de)先进(jin)制造(zao)技术(shu)(shu)领域(yu)(yu)以及重(zhong)要的(de)(de)国防领域(yu)(yu)等(deng)等(deng)，都与包括光电(dian)芯片(pian)在内的(de)(de)光电(dian)子(zi)器件密切相(xiang)关。

而随着光电与半(ban)导体产业(ye)的进步与发展，最(zui)常(chang)见的陶(tao)瓷材料——氧化(hua)铝(lv)也(ye)开(kai)始有(you)了新需求。别看氧(yang)化铝(lv)很普遍，但它的作用却一(yi)点都(dou)不少，尤其是高纯(chun)氧(yang)化铝(lv)，当其粒(li)度(du)细(xi)且均匀时(shi)就会具有(you)优于常规材料的光、热、磁(ci)、电(dian)等特性，因此可游走于光电(dian)半导(dao)体产业(ye)中各大领域发挥作用，是实打(da)实的多(duo)功能(neng)材料。具体都(dou)有(you)哪些(xie)，下面一(yi)起来看看。

半导体(ti)的(de)CMP抛光液

化(hua)(hua)学机(ji)械抛光（CMP）是(shi)将(jiang)机(ji)械削磨和化(hua)(hua)学腐蚀组(zu)合的技术(shu)，它(ta)可借助(zhu)超微(wei)粒子(zi)的研磨作用以及(ji)浆料(liao)的化(hua)(hua)学腐蚀作用，在被研磨的介(jie)质表面上(shang)形成光洁的平(ping)面。目(mu)前(qian)，化(hua)(hua)学机(ji)械抛光是(shi)唯(wei)一(yi)的全局化(hua)(hua)平(ping)坦技术(shu)，因(yin)此(ci)被广泛应用于(yu)蓝宝石(shi)、集成电(dian)路、硬盘、光学玻璃等材料(liao)的表面精密加工。

CMP工艺原理图

磨料(liao)(liao)(liao)是CMP浆料(liao)(liao)(liao)中(zhong)的主要(yao)成分(fen)，在CMP过程中(zhong)起(qi)(qi)到的两(liang)个作(zuo)(zuo)用为：①机(ji)械(xie)作(zuo)(zuo)用的实施者，起(qi)(qi)机(ji)械(xie)磨削作(zuo)(zuo)用；②传(chuan)(chuan)输物料(liao)(liao)(liao)的功能，不仅(jin)将新(xin)鲜浆料(liao)(liao)(liao)传(chuan)(chuan)输至(zhi)抛(pao)光垫与被抛(pao)材(cai)料(liao)(liao)(liao)之(zhi)间，还将反应物带(dai)离材(cai)料(liao)(liao)(liao)表面，使得(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)新(xin)生(sheng)表面露(lu)出(chu)，进一(yi)步反应去除。

选择(ze)(ze)(ze)磨(mo)料时，应(ying)优先考虑分散性(xing)好，流动性(xing)好，硬度适(shi)中，易于清洗(xi)的(de)(de)(de)磨(mo)料，氧化(hua)铝(lv)就是常(chang)见的(de)(de)(de)选择(ze)(ze)(ze)之一(yi)。但(dan)随着半导体的(de)(de)(de)要(yao)求越来越高，CMP用的(de)(de)(de)氧化(hua)铝(lv)也被要(yao)求更小粒径与更高的(de)(de)(de)球形度。因(yin)此纳米球型氧化(hua)铝(lv)成为(wei)CMP领(ling)域的(de)(de)(de)好选择(ze)(ze)(ze)，应(ying)用的(de)(de)(de)氧化(hua)铝(lv)粉最大粒径（D90或D100）越小越好。

 

 

光电(dian)封(feng)装用黑色(se)氧化铝基板

常(chang)见的氧化(hua)铝(lv)是白色，但有些用(yong)(yong)途需要避免(mian)氧化(hua)铝(lv)基板(ban)反射光(guang)(guang)线(xian)，因此“黑色氧化(hua)铝(lv)”便诞生了。黑色氧化(hua)铝(lv)陶瓷(ci)基板(ban)主要用(yong)(yong)于半导体集(ji)(ji)成电路和(he)具有高光(guang)(guang)敏感性的电子产品(pin)，例如适用(yong)(yong)于气密性强、透光(guang)(guang)性好、可靠性高的军用(yong)(yong)集(ji)(ji)成电路的封装，可以用(yong)(yong)来做石英(ying)晶体振荡(dang)器(qi)、光(guang)(guang)学器(qi)件等产品(pin)的基板(ban)及封装外壳(qiao)。

需注意(yi)，应用在光(guang)电封装的(de)(de)(de)黑(hei)色(se)(se)氧(yang)化铝(lv)基板除了颜色(se)(se)要求外，对于强度与杂质也有特别的(de)(de)(de)要求。目前为了确(que)保(bao)黑(hei)色(se)(se)氧(yang)化铝(lv)基板长期使用的(de)(de)(de)稳定性，会采用特殊固溶黑(hei)色(se)(se)氧(yang)化铝(lv)粉材料配方，也就是(shi)在氧(yang)化铝(lv)粉体合成时，特别添加(jia)过渡性氧(yang)化物，制造可吸收(shou)可见光(guang)的(de)(de)(de)能阶，从而(er)使它能吸收(shou)极大比例的(de)(de)(de)可见光(guang)。

黑白氧化铝对比

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(lv)静(jing)电吸(xi)盘

随(sui)着半(ban)导体(ti)器件集成度越来(lai)越高，晶片(pian)(pian)尺寸越来(lai)越大，单元器件尺寸越来(lai)越小(xiao)，因(yin)此对(dui)颗粒的(de)污染控制更加(jia)严(yan)格，以往的(de)卡(ka)盘(pan)(pan)固定晶片(pian)(pian)的(de)方法已经不(bu)(bu)能满(man)足(zu)要(yao)求了。在(zai)新一代半(ban)导体(ti)制造设备中(zhong)，开始采(cai)用(yong)了静电(dian)(dian)吸盘(pan)(pan)。静电(dian)(dian)吸盘(pan)(pan)的(de)优点在(zai)于作用(yong)力在(zai)吸盘(pan)(pan)上的(de)变化比(bi)较平(ping)缓，不(bu)(bu)会(hui)产(chan)生应力集中(zhong)，也(ye)不(bu)(bu)会(hui)导致硅片(pian)(pian)在(zai)吸盘(pan)(pan)表面(mian)发生超过较大的(de)变形。由于静电(dian)(dian)吸盘(pan)(pan)与硅片(pian)(pian)的(de)边(bian)缘(yuan)不(bu)(bu)是直接接触(chu)，避免了对(dui)硅片(pian)(pian)边(bian)缘(yuan)的(de)损坏和金属污染。

静电(dian)吸(xi)盘吸(xi)附晶圆过(guo)程(cheng)

目前普遍的静(jing)电(dian)吸(xi)盘技术中(zhong)，氧化(hua)铝(lv)(lv)陶(tao)瓷(ci)是(shi)常见的主(zhu)体材料，它(ta)在(zai)电(dian)绝缘方面对比金属材料有着先天(tian)的优势(shi)；而跟PU材质相比，氧化(hua)铝(lv)(lv)陶(tao)瓷(ci)则更耐磨耗不掉(diao)屑，因(yin)此近年(nian)来应用逐渐扩大(da)。要注意的是(shi)，氧化(hua)铝(lv)(lv)静(jing)电(dian)吸(xi)盘除了需(xu)烧结致密外，对于强度(du)与杂质也有特别的要求。另外因(yin)应用尺寸较大(da)，使用的氧化(hua)铝(lv)(lv)粉应有各方向收缩(suo)稳(wen)定的材料配方并与金属接着力好，以及易加工性。

透明氧化铝

氧化铝（半(ban)）透(tou)明陶(tao)瓷是第一个实现透(tou)明的(de)(de)陶(tao)瓷材料，它对(dui)可见光(guang)和红外光(guang)具(ju)有良好的(de)(de)透(tou)过性，同时也具(ju)有高温强度大、耐(nai)热(re)性好、耐(nai)腐蚀性强及电(dian)阻率大等(deng)特(te)点，已(yi)经在能源、机械、军工、电(dian)子、半(ban)导(dao)体(ti)、医学(xue)等(deng)高技术领域得(de)到(dao)越(yue)来越(yue)多的(de)(de)应(ying)用。

 

LED透(tou)明氧化(hua)铝(lv)陶瓷(ci)封装基(ji)片(pian)（来源：洛阳(yang)欣珑陶瓷(ci)有限公司）

透明(ming)氧化(hua)铝(lv)比(bi)玻(bo)璃有较(jiao)高(gao)的强度(du)，不易脆，因此被(bei)视为(wei)是相当(dang)有潜(qian)力的新材料。制备氧化(hua)铝(lv)透明(ming)陶(tao)瓷(ci)对原始粉末的要(yao)(yao)求极高(gao)，需要(yao)(yao)满(man)足(zu)纯度(du)、粒度(du)、晶(jing)型(xing)三个方面的要(yao)(yao)求。纯度(du)须高(gao)于99.9%，粒度(du)一般(ban)为(wei)亚微米(mi)级(ji)（0.1μm~1μm）甚至纳米(mi)级(ji)，晶(jing)型(xing)为(wei)α相。目(mu)前(qian)通常采用碳酸铝(lv)铵或硫酸铝(lv)铵热解法(fa)制备这(zhei)类α-Al₂O₃粉末。

氧(yang)化铝靶棒

氧化铝(lv)靶(ba)棒是一(yi)种在(zai)生产半(ban)导体(ti)石(shi)英时(shi)(shi)使(shi)用的(de)耗材，需具有高纯(chun)度(du)(du)，低(di)杂质溶出与耐热等特(te)性(xing)。在(zai)此(ci)应用的(de)氧化铝(lv)粉，粉体(ti)纯(chun)度(du)(du)越(yue)高越(yue)好，金属杂质越(yue)低(di)越(yue)好。成型时(shi)(shi)的(de)堆积密度(du)(du)越(yue)高越(yue)好，且易烧结(jie)与烧结(jie)收缩的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)。

 

总结

光(guang)电子技(ji)(ji)术是(shi)国(guo)与国(guo)之(zhi)间科技(ji)(ji)竞争的一项重(zhong)要体(ti)现，也(ye)是(shi)我(wo)国(guo)“中国(guo)制造2025”大力提倡支持的关键领域，随着5G通信、高功率激(ji)光(guang)加(jia)工、新一代(dai)光(guang)显(xian)示应(ying)用快速推动，据预计未来光(guang)电产业市(shi)场规模将突破(po)万亿美元，在(zai)这其中氧化铝(lv)是(shi)否(fou)还会扮演新的角色(se)呢，就(jiu)让我(wo)们(men)拭目以待吧(ba)！