Serie de sustratos cerámicos: Introducción a la tecnología de pulido láser
1. Ventajas de los sustratos cerámicos
En comparación con los metales, los compuestos a base de metal y los sustratos de resina,sustratos cerámicostienen una excelente conductividad térmica,
Aislamiento eléctrico, estanqueidad a gases, propiedades mecánicas y propiedades dieléctricas. Se utilizan ampliamente en campos de alta tecnología como circuitos integrados, dispositivos semiconductores de alta potencia, electrónica de comunicaciones, industria LED, baterías de litio, chips, industria aeroespacial y defensa nacional.
2. Primera mitad del proceso de fabricación del sustrato cerámico
La cadena industrial de los sustratos cerámicos es relativamente larga e incluye procesos básicos como el prensado, la sinterización y el procesamiento de superficies, siendo cada paso crucial. En la primera mitad del proceso de producción, técnicas como la colada en cinta y la sinterización por desaglomerante tienen un alto contenido técnico. Sin embargo, los productos obtenidos (comúnmente conocidos como láminas verdes) no pueden utilizarse directamente y requieren procesos posteriores como el pulido y la metalización.
3. Tecnología de pulido láser y sus aplicaciones
A medida que la fabricación entra en una nueva etapa de desarrollo, la aplicación de sustratos cerámicos se generaliza cada vez más, con mayores requisitos de rugosidad y planitud superficial. El rápido desarrollo de la tecnología de pulido láser ofrece un nuevo enfoque para el pulido inteligente y eficiente de sustratos cerámicos.
La tecnología de pulido láser es una tecnología industrial muy prometedora, que se caracteriza por su ausencia de contaminación, amplias aplicaciones, calidad de pulido estable y fácil automatización. Su principio consiste en la fusión o vaporización inducida por láser de la superficie del material, impulsando el flujo de metal fundido por capilaridad o capilaridad térmica, rellenando así los picos y valles para lograr una superficie lisa.
La tecnología de pulido láser se puede aplicar para pulir diversos tipos de materiales, como metales, vidrio y cerámica. En comparación con las técnicas de pulido tradicionales, el pulido láser presenta ventajas inherentes en aplicaciones industriales y se utiliza ampliamente en la industria aeroespacial, automotriz, moldes, equipos médicos, óptica y fabricación de semiconductores.
4. Técnicas comunes de pulido de sustratos cerámicos
Las técnicas comunes de pulido de sustratos cerámicos incluyen:
(1) Pulido químico mecánico (CMP)
Un método que utiliza el efecto combinado de la corrosión de la solución de pulido y la eliminación mecánica, donde el polvo es más suave que las propiedades mecánicas de la pieza de trabajo, lo que permite reacciones en fase sólida con la pieza de trabajo durante el movimiento de deslizamiento, lo que resulta en la eliminación de material.
(2) Pulido por flujo abrasivo asistido por vibración ultrasónica
Este método consiste en colocar la pieza de trabajo en una suspensión abrasiva y someterla a vibración ultrasónica, lo que hace que las partículas abrasivas impacten y pulan la superficie de la pieza de trabajo, logrando el pulido por microcorte de las protuberancias de la superficie.
(3) Pulido electroforético
Un método de pulido sin contacto y no destructivo que aplica el fenómeno de electroforesis a piezas cerámicas. Mediante la colisión continua y el microcorte causado por la colisión de partículas, la superficie cerámica sufre microfatiga y arado fino.
(4) Pulido electrolítico
También conocido como pulido electroquímico, este método utiliza la pieza de trabajo como ánodo y un metal insoluble como cátodo, bajo condiciones apropiadas de electrolito y densidad de corriente, alisando gradualmente la superficie de la pieza de trabajo, aumentando así su brillo.
5、Pulido de sustratos cerámicos con diferentes materiales
Los sustratos cerámicos incluyen principalmente alúmina (Al₂O₃), nitruro de silicio (Si₃N₃) y nitruro de aluminio (AlN). Debido a su alta dureza, fragilidad, susceptibilidad al agrietamiento y dificultad para el procesamiento superficial, el rendimiento y la estructura de los diferentes materiales cerámicos varían. Por lo tanto, la selección de técnicas de pulido adecuadas es esencial para lograr resultados de procesamiento significativos.
(1) Pulido de sustrato cerámico Al2O3
Los sustratos cerámicos de Al₂O₃ presentan alta resistencia mecánica, dureza, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, alta transmitancia de luz, estabilidad química y alta resistencia al choque térmico. Actualmente, son los materiales cerámicos más utilizados en el campo de la tecnología electrónica.
(2)Pulido de sustratos cerámicos Si3N4
Los sustratos cerámicos Si₃N₄ son atóxicos, presentan baja constante dieléctrica, alta resistencia mecánica, alta tenacidad a la fractura, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y alta resistencia al impacto. Tienen amplias aplicaciones en amortiguadores de automóviles, motores, IGBT automotrices, transporte, industria aeroespacial y otros sectores. El CMP es el principal método de pulido para los sustratos cerámicos Si₃N₄.
(3)Pulido de sustratos cerámicos de AlN
Los sustratos cerámicos de AlN, como materiales cerámicos de alta conductividad térmica, presentan una conductividad térmica de entre 150 W·m−1·K−1 y 230 W·m−1·K−1, más de ocho veces superior a la de las cerámicas de Al₂O₃. Con excelente disipación térmica, resistencia a la corrosión, baja constante dieléctrica, baja pérdida dieléctrica y ausencia de toxicidad, los sustratos cerámicos de AlN cumplen con los requisitos de disipación térmica de los circuitos integrados a gran escala, lo que los convierte en materiales ideales para reemplazar los sustratos cerámicos de Al₂O₃, SiC y BeO₃ en la industria electrónica.
Como material de sustrato para circuitos integrados y laminados revestidos de cobre, la calidad superficial de los sustratos cerámicos afecta directamente la vida útil y la fiabilidad de los dispositivos backend. Con el desarrollo de la integración de dispositivos, la miniaturización y la alta fiabilidad, los requisitos futuros para la calidad superficial de los sustratos cerámicos serán cada vez más exigentes. La aplicación de tecnologías de procesamiento de sustratos cerámicos sin duda enfrentará cada vez más desafíos.
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