Serie de sustratos cerámicos: introducción al proceso de marcado láser
Sustratos cerámicosDesempeñan un papel crucial en las industrias modernas y se utilizan ampliamente en campos como la electrónica, la optoelectrónica, las telecomunicaciones, la industria aeroespacial y más.
1 、 Introducción a los sustratos cerámicos
Los sustratos cerámicos poseen excelentes propiedades de aislamiento y alta confiabilidad. Presentan ventajas como una constante dieléctrica baja, buenas características de alta frecuencia, un bajo coeficiente de expansión térmica y una alta conductividad térmica. Sin embargo, los sustratos cerámicos son relativamente quebradizos, lo que da como resultado áreas de sustrato pequeñas y costos más elevados.
Los principales materiales utilizados para los sustratos cerámicos incluyen alúmina (Al2O3), nitruro de aluminio (AlN) y nitruro de silicio (Si3N4).
Entre ellos,sustratos cerámicos de alúmina (Al2O3)Se aplican ampliamente en circuitos integrados y dispositivos optoelectrónicos debido a su excelente aislamiento y resistencia a altas temperaturas.
Sustratos cerámicos de nitruro de aluminio (AlN) cuentan con alta conductividad térmica, baja constante dieléctrica, baja pérdida dieléctrica y un coeficiente de expansión térmica compatible con el silicio. A medida que la tecnología madura, el costo de los sustratos de AlN disminuye gradualmente, lo que lleva a una gama de aplicaciones cada vez más amplia.
Sustratos cerámicos de nitruro de silicio (Si3N4)Presentan una excelente resistencia mecánica, resistencia al choque térmico y estabilidad química. Se utilizan comúnmente en entornos de alta temperatura y estrés, como turbinas de gas y motores de automóviles. Además, exhiben buenas propiedades de aislamiento eléctrico, capaces de soportar altos voltajes, lo que los hace ampliamente aplicables en aplicaciones electrónicas de alta potencia. Los sustratos cerámicos de Si3N4 también tienen una baja expansión térmica, lo que los hace compatibles con diversos materiales, incluidos semiconductores y metales.
2. Mecanizado mecánico tradicional versus procesamiento láser
El proceso de fabricación de sustratos cerámicos implica principalmente la selección de materias primas, su conformación, sinterización y procesamiento posterior a la sinterización.
(1) Mecanizado mecánico
El mecanizado mecánico de cerámica se refiere al proceso de utilizar equipos y herramientas mecánicos para procesar materiales cerámicos. Incluye corte, rectificado, taladrado, etc. Las ventajas son procesos simples y alta eficiencia de procesamiento, pero debido a la alta dureza, fragilidad y fácil fractura de los materiales cerámicos, el mecanizado mecánico tradicional enfrenta desafíos como alta dificultad, baja eficiencia, baja rendimiento y pérdidas importantes de material. Por lo tanto, es adecuado para procesamiento de precisión a pequeña escala.
(2) Procesamiento láser
El procesamiento láser es un método de procesamiento sin contacto que se caracteriza por un excelente enfoque y control de posición. Procesos como el corte, la perforación y el marcado con láser implican enfocar un rayo láser emitido por un dispositivo láser a través de una lente para converger en un pequeño punto en el punto focal. La alta densidad de potencia del rayo láser en el punto focal genera altas temperaturas locales, lo que provoca la vaporización instantánea del material en dirección vertical, con la ayuda de un gas auxiliar para eliminar el material vaporizado, creando así pequeños agujeros en la pieza de trabajo. El procesamiento láser está reemplazando gradualmente al mecanizado mecánico tradicional debido a su mayor eficiencia, acabado superficial más suave y mayor precisión.
3 、 Ventajas del procesamiento láser
(1)El procesamiento láser se realiza sin contacto, lo que garantiza una alta precisión de corte y una profundidad de marcado controlable.
(2)La edición arbitraria de gráficos de procesamiento es posible con la importación de dibujos CAD, lo que elimina la necesidad de moldes y reduce los ciclos de producción.
(3) Alta calidad de procesamiento sin rebabas ni colapso de bordes.
(4) Velocidad de procesamiento rápida y bajos costos de producción.
(5) Capacidad de procesamiento de precisión, capaz de mecanizar pequeños orificios con un diámetro de 0,15 mm y producir un desperdicio mínimo.
(6) Los láseres de CO2 y los láseres pulsados QCW se utilizan principalmente para el procesamiento láser de sustratos cerámicos.
4 、 Procesamiento de marcado láser de sustratos cerámicos
El procesamiento de marcado láser de sustratos cerámicos es una técnica común utilizada en la fabricación de dispositivos semiconductores, componentes electrónicos, componentes ópticos y otros campos. Los pasos típicos del proceso incluyen:
(1) Configuración del láser
Ajuste los parámetros de marcado láser, como potencia, frecuencia y velocidad, de acuerdo con las especificaciones de marcado requeridas, lo que afecta la calidad y eficiencia del marcado.
(2)Fijación de la pieza de trabajo
Asegure el sustrato cerámico en la plataforma de procesamiento para garantizar la estabilidad durante el procesamiento, evitando movimientos o vibraciones.
(3)Marcado láser
Activar el equipo láser y realizar marcado sobre el sustrato cerámico según los parámetros preestablecidos. El rayo láser irradia la superficie cerámica y la calienta localmente para lograr el propósito de marcar. La alta densidad de energía del láser puede causar fusión local o ablación de la superficie cerámica, formando el patrón de marcado deseado.
(4)Inspeccion de calidad
Después del marcado, inspeccione la calidad para garantizar la precisión, integridad y calidad general de las marcas.
(5) Tratamiento de limpieza
Limpie el sustrato cerámico procesado para eliminar cualquier polvo residual, escombros u otras impurezas, asegurando una superficie lisa.
Durante el proceso de marcado láser de sustratos cerámicos, es fundamental controlar los parámetros de procesamiento del láser para evitar un calentamiento excesivo, que puede provocar grietas o deformaciones en la cerámica. El marcado láser ofrece ventajas como costuras finas, alta precisión, velocidad de marcado rápida, sección suave, zona pequeña afectada por el calor y ausencia de daños al sustrato, lo que proporciona un método de procesamiento confiable para la fabricación de sustratos cerámicos. A medida que la industria de la microelectrónica continúa evolucionando hacia la miniaturización y el aligeramiento, exigiendo una mayor precisión, la tecnología de marcado láser es muy prometedora para el procesamiento de sustratos cerámicos.
XIAMEN MASCERA TECNOLOGÍA CO., LTD. es capaz de producir sustratos cerámicos mediante diferentes técnicas. Para sustratos cerámicos con un espesor inferior a 1,5 mm, empleamos métodos como fundición deslizante y procesamiento láser (trazado láser, corte láser, perforación láser) para sustratos, el mecanizado de precisión se realiza mediante prensado en seco y tornos de mecanizado.
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