光电子技术是电子信息技术的一个分支，也是半导体技术、微电子技术、材料技术、光学、通信、计算机等多学科交叉产生的新技术。20世纪90年代，美国商务部曾经有一篇文章，指出谁在光电技术方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科学较量中夺魁。

 

到了21世纪后，光电子技术更是以年倍增的爆炸速度增长，目前已被广泛应用于现实社会中，如与人们日常生活相关的现代通讯技术领域、制造业相关的先进制造技术领域以及重要的国防领域等等，都与包括光电芯片在内的光电子器件密切相关。

而随着光电与半导体产业的进步与发展，最常见的陶瓷材料——氧化铝也开始有了新需求。别看氧化铝很普遍，但它的作用却一点都不少，尤其是高纯氧化铝，当其粒度细且均匀时就会具有优于常规材料的光、热、磁、电等特性，因此可游走于光电半导体产业中各大领域发挥作用，是实打实的多功能材料。具体都有哪些，下面一起来看看。

半导体的CMP抛光液

化学机械抛光（CMP）是将机械削磨和化学腐蚀组合的技术，它可借助超微粒子的研磨作用以及浆料的化学腐蚀作用，在被研磨的介质表面上形成光洁的平面。目前，化学机械抛光是唯一的全局化平坦技术，因此被广泛应用于蓝宝石、集成电路、硬盘、光学玻璃等材料的表面精密加工。

CMP工艺原理图

磨料是CMP浆料中的主要成分，在CMP过程中起到的两个作用为：①机械作用的实施者，起机械磨削作用；②传输物料的功能，不仅将新鲜浆料传输至抛光垫与被抛材料之间，还将反应物带离材料表面，使得材料新生表面露出，进一步反应去除。

选择磨料时，应优先考虑分散性好，流动性好，硬度适中，易于清洗的磨料，氧化铝就是常见的选择之一。但随着半导体的要求越来越高，CMP用的氧化铝也被要求更小粒径与更高的球形度。因此纳米球型氧化铝成为CMP领域的好选择，应用的氧化铝粉最大粒径（D90或D100）越小越好。

 

 

光电封装用黑色氧化铝基板

常见的氧化铝是白色，但有些用途需要避免氧化铝基板反射光线，因此“黑色氧化铝”便诞生了。黑色氧化铝陶瓷基板主要用于半导体集成电路和具有高光敏感性的电子产品，例如适用于气密性强、透光性好、可靠性高的军用集成电路的封装，可以用来做石英晶体振荡器、光学器件等产品的基板及封装外壳。

需注意，应用在光电封装的黑色氧化铝基板除了颜色要求外，对于强度与杂质也有特别的要求。目前为了确保黑色氧化铝基板长期使用的稳定性，会采用特殊固溶黑色氧化铝粉材料配方，也就是在氧化铝粉体合成时，特别添加过渡性氧化物，制造可吸收可见光的能阶，从而使它能吸收极大比例的可见光。

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。

氧化铝静电吸盘

随着半导体器件集成度越来越高，晶片尺寸越来越大，单元器件尺寸越来越小，因此对颗粒的污染控制更加严格，以往的卡盘固定晶片的方法已经不能满足要求了。在新一代半导体制造设备中，开始采用了静电吸盘。静电吸盘的优点在于作用力在吸盘上的变化比较平缓，不会产生应力集中，也不会导致硅片在吸盘表面发生超过较大的变形。由于静电吸盘与硅片的边缘不是直接接触，避免了对硅片边缘的损坏和金属污染。

静电吸盘吸附晶圆过程

目前普遍的静电吸盘技术中，氧化铝陶瓷是常见的主体材料，它在电绝缘方面对比金属材料有着先天的优势；而跟PU材质相比，氧化铝陶瓷则更耐磨耗不掉屑，因此近年来应用逐渐扩大。要注意的是，氧化铝静电吸盘除了需烧结致密外，对于强度与杂质也有特别的要求。另外因应用尺寸较大，使用的氧化铝粉应有各方向收缩稳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）透明陶瓷是第一个实现透明的陶瓷材料，它对可见光和红外光具有良好的透过性，同时也具有高温强度大、耐热性好、耐腐蚀性强及电阻率大等特点，已经在能源、机械、军工、电子、半导体、医学等高技术领域得到越来越多的应用。

 

LED透明氧化铝陶瓷封装基片（来源：洛阳欣珑陶瓷有限公司）

透明氧化铝比玻璃有较高的强度，不易脆，因此被视为是相当有潜力的新材料。制备氧化铝透明陶瓷对原始粉末的要求极高，需要满足纯度、粒度、晶型三个方面的要求。纯度须高于99.9%，粒度一般为亚微米级（0.1μm~1μm）甚至纳米级，晶型为α相。目前通常采用碳酸铝铵或硫酸铝铵热解法制备这类α-Al₂O₃粉末。

氧化铝靶棒

氧化铝靶棒是一种在生产半导体石英时使用的耗材，需具有高纯度，低杂质溶出与耐热等特性。在此应用的氧化铝粉，粉体纯度越高越好，金属杂质越低越好。成型时的堆积密度越高越好，且易烧结与烧结收缩的一致性。

 

总结

光电子技术是国与国之间科技竞争的一项重要体现，也是我国“中国制造2025”大力提倡支持的关键领域，随着5G通信、高功率激光加工、新一代光显示应用快速推动，据预计未来光电产业市场规模将突破万亿美元，在这其中氧化铝是否还会扮演新的角色呢，就让我们拭目以待吧！