Serie de sustratos cerámicos: Introducción a la tecnología de procesamiento de pulido láser
1. Ventajas de los sustratos cerámicos
En comparación con los metales, los compuestos a base de metales y los sustratos de resina,sustratos cerámicostiene una excelente conductividad térmica,
aislamiento eléctrico, estanqueidad al gas, 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, industrias aeroespaciales y de 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 fundición en cinta y la sinterización por desaglomeración tienen un contenido técnico extremadamente alto. Sin embargo, los productos obtenidos (comúnmente denominados láminas verdes) no se pueden utilizar directamente y requieren de procesamientos posteriores como pulido y metalización.
3. Tecnología de pulido láser y sus aplicaciones.
A medida que la fabricación entra en un nuevo período de desarrollo, la aplicación de sustratos cerámicos se está generalizando cada vez más, con mayores requisitos de rugosidad y planitud de la superficie. El rápido desarrollo de la tecnología de pulido láser proporciona un nuevo enfoque para el procesamiento de pulido inteligente y eficiente de sustratos cerámicos.
La tecnología de pulido láser es una tecnología de pulido industrial muy prometedora, que se caracteriza por su amplia aplicación, libre de contaminación, calidad de pulido estable y fácil automatización. Su principio implica la fusión o vaporización de la superficie del material inducida por láser, impulsando el flujo de metal fundido bajo acción capilar o capilar térmica, llenando 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 con láser tiene ventajas inherentes en aplicaciones industriales y encuentra una amplia aplicación en la fabricación aeroespacial, automotriz, de moldes, de equipos médicos, de óptica y de semiconductores.
4. Técnicas comunes de pulido de sustratos cerámicos.
Las técnicas comunes de pulido de sustratos cerámicos incluyen:
(1) Pulido Mecánico Químico (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 de fase sólida con la pieza de trabajo durante el movimiento deslizante, lo que resulta en la eliminación del material.
(2) Pulido de flujo abrasivo asistido por vibración ultrasónica
Este método implica 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 mediante microcorte de las protuberancias en la superficie.
(3) Pulido electroforético
Un método de pulido sin contacto y no destructivo que aplica el fenómeno de electroforesis a piezas de trabajo cerámicas. A través de 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, en 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 (Si3N4) y nitruro de aluminio (AlN). Debido a la alta dureza, fragilidad, susceptibilidad al agrietamiento y dificultad en el procesamiento de la superficie de los sustratos cerámicos, el rendimiento y la estructura de los diferentes materiales cerámicos varían. Por lo tanto, seleccionar técnicas de pulido apropiadas es esencial para lograr efectos de procesamiento significativos.
(1) Pulido de sustrato cerámico Al2O3
Los sustratos cerámicos de Al2O3 exhiben 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 sustrato cerámico Si3N4
Los sustratos cerámicos de Si3N4 no son tóxicos, tienen una constante dieléctrica baja, alta resistencia mecánica, alta tenacidad a la fractura, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y una fuerte resistencia al impacto. Encuentran amplias aplicaciones en amortiguadores de automóviles, motores, IGBT de automóviles, transporte, aeroespacial y otros campos. CMP es el principal método de pulido para sustratos cerámicos de Si3N4.
(3)Pulido de sustrato cerámico AlN
Los sustratos cerámicos de AlN, como materiales cerámicos de alta conductividad térmica, tienen una conductividad térmica de 150 W·m-1·K-1 a 230 W·m-1·K-1, que es más de 8 veces mayor que la de las cerámicas de Al2O3. Con un excelente rendimiento de disipación de calor, resistencia a la corrosión, baja constante dieléctrica, baja pérdida dieléctrica y no toxicidad, los sustratos cerámicos de AlN pueden cumplir con los requisitos de disipación de calor de los circuitos integrados a gran escala, lo que los convierte en materiales ideales para reemplazar Al2O3, SiC y BeO. Sustratos cerámicos en la industria electrónica.
Como material de sustrato para circuitos integrados y laminados revestidos de cobre, la calidad de la superficie de los sustratos cerámicos afecta directamente la vida útil y la confiabilidad de los dispositivos backend. Con el desarrollo de la integración de dispositivos, la miniaturización y la alta confiabilidad, los requisitos futuros para la calidad de la superficie de los sustratos cerámicos serán cada vez más estrictos. Sin duda, la aplicación de tecnologías de procesamiento de sustratos cerámicos enfrentará cada vez más desafíos.
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