功率放大器赋能：超声化学机械抛光设备研究的高效驱动力

固态照明，作为全球公认的高效节能途径，随着高亮度发光二极管（LED）的出现，实现了从指示灯到照明领域的重大变革。我国半导体照明工程的启动，更是推动了LED产业迈向快速发展阶段。在半导体照明产业中，衬底是技术发展的基石与核心材料。蓝宝石（α-Al₂O₃）凭借其卓越的物理、化学和光学特性，成为常用的衬底和窗口材料，如在LED衬底和红外窗口中广泛应用。为提升蓝宝石加工质量，科研人员将超声振动引入CMP，开发出蓝宝石超声振动辅助化学机械抛光（UV-CMP）工艺。该工艺将超声振动施加于旋转抛光头，为传统CMP增添了超声辅助功能。

此时，功率放大器发挥关键作用，它将接收到的超声电信号进行放大，使电信号达到超声转换装置所需的工作电压和功率。放大后的电信号传输至超声转换装置，进而转换成同频率的机械振动。至此，CMP抛光机升级为UV-CMP，传统化学机械抛光升级为超声振动辅助化学机械抛光。关闭超声信号发生器开关，设备又可转换回传统化学机械抛光工作模式。可见，功率放大器在整个UV-CMP技术流程中，起到了连接超声信号发生器与超声转换装置的桥梁作用，对实现超声振动辅助功能、提升蓝宝石加工效率和质量至关重要。

信号发生器输出的驱动信号不足以使超声转换装置正常工作。因此还需配置功率放大器，将电驱动信号进行放大。经过放大的电信号可以使超声转换装置正常工作。功率放大器选用Aigtek-ATA-68020，电压是850Vp-p，最大输出电流是2.12Ap。

实验名称：超声化学机械抛光设备

实验原理：实验设备中的超声信号发生器产生特定频率和波形的电信号，该信号经功率放大器放大后，传输给超声转换装置。超声转换装置内的压电陶瓷片将电信号转化为同频率的机械振动，再通过喇叭形盖板放大机械信号并传递给样品托，使抛光头在旋转时产生超声振动。这一振动让抛光液中的磨粒获得额外能量，加速撞击晶片表面，同时超声释放的热量能加速抛光液与晶片表面的化学反应。

实验框图：

实验实拍图：

实验过程：首先准备好2英寸C(0001)向单面蓝宝石晶片、聚氨酯垫、特定粒径和浓度的硅溶胶以及各类化学添加剂等材料。接着配制抛光液，将不同剂量的化学添加剂溶解至去离子水，再加入硅溶胶并稀释至二氧化硅磨粒浓度为15%，搅拌30分钟。实验开始，把抛光垫粘在抛光盘上，设置好下压、抛光头/盘转速、流速、时间和超声振动振幅等工艺参数，将配制好的含不同化学药剂的抛光液放入供给泵。然后清洗初始蓝宝石晶片并称重，吸附在抛光头样品托上，用修正盘修整被去离子水润湿的抛光垫。此时，超声信号发生器生成超声电信号，该信号传输给功率放大器进行放大，放大后的电信号传输给超声转换装置，将电信号转换为机械振动，带动抛光头振动，使抛光头在旋转时产生超声振动，实现超声化学机械抛光。实验结束后，取下工件清洗、称重，计算材料去除率，利用原子力显微镜观察表面形貌，并进行XPS、SEM等检测。

应用方向：芯片封装抛光，航空航天零部件抛光，医疗器械加工，反射镜抛光等方向。

应用场景：超声化学机械抛光，蓝宝石晶片，超声化学机械抛光实验，硬脆性材料超声抛光

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审核编辑 黄宇