A cerâmica de nitreto de alumínio (AlN), como material com excelente condutividade térmica, propriedades mecânicas e propriedades elétricas, tem sido amplamente utilizada em circuitos integrados e pacotes eletrônicos de grande escala nos últimos anos. Suas excelentes propriedades o tornam um substrato de resfriamento e material de embalagem ideal. No entanto, devido à alta dureza, alta fragilidade e baixa tenacidade à fratura da cerâmica de nitreto de alumínio, é fácil ocorrer defeitos superficiais e danos subsuperficiais durante o processamento. Para atender à demanda por superfície ultralisa de circuitos integrados, a superfície polida do substrato de nitreto de alumínio precisa atingir um nivelamento extremamente alto e baixa rugosidade superficial. Isso também faz com que a redução eficaz de defeitos e danos no processamento se torne um importante tópico de pesquisa no campo da usinagem de ultraprecisão. Nos últimos anos, a tecnologia de polimento assistido por plasma (PAP) tornou-se gradualmente um meio importante de polimento de cerâmicas de nitreto de alumínio devido ao seu tratamento eficaz de materiais difíceis de processar.
Características e desafios de processamento da cerâmica de nitreto de alumínio
A cerâmica de nitreto de alumínio não só possui excelente condutividade térmica, mas também possui resistência à corrosão e boas propriedades elétricas. Essas características o tornam amplamente utilizado em componentes eletrônicos de alto desempenho, especialmente em embalagens de dispositivos eletrônicos onde é necessária uma dissipação de calor eficiente. O design leve do substrato de nitreto de alumínio pode efetivamente reduzir o volume dos dispositivos eletrônicos, ao mesmo tempo que reduz a resistência interna da embalagem, o que favorece a dissipação de calor do chip. A dureza e a fragilidade da cerâmica de nitreto de alumínio, no entanto, facilitam a produção no processo de usinagem de danos mecânicos, causando microfissuras superficiais, buracos e defeitos superficiais. Esses defeitos não afetam apenas a resistência mecânica do material, mas também podem reduzir o desempenho de dissipação de calor e as propriedades elétricas, o que afeta a estabilidade do dispositivo eletrônico e a vida útil. Portanto, no processamento de cerâmica de nitreto de alumínio, como obter uma superfície ultralisa, reduzir a rugosidade da superfície e reduzir a profundidade do dano é sempre o foco das empresas de manufatura e instituições de pesquisa.
Embora o método tradicional de polimento mecânico possa atingir um certo nivelamento da superfície, é fácil causar muitos danos mecânicos e é difícil atender com eficácia à demanda de alta precisão dos circuitos integrados atuais. Em contraste, a tecnologia de polimento assistido por plasma fornece uma solução eficaz para o processamento de substratos de nitreto de alumínio.
Visão geral da tecnologia de polimento assistido por plasma (PAP)
O polimento assistido por plasma (PAP) é uma combinação de modificação de plasma e abrasivo macio para remover a tecnologia de polimento a seco. O princípio é modificar a superfície da cerâmica de nitreto de alumínio por irradiação de plasma, de modo que as propriedades químicas da superfície sejam alteradas, e então o abrasivo macio é usado para remover o material sob a seguinte baixa pressão. Comparado com o polimento mecânico tradicional, o polimento assistido por plasma pode efetivamente reduzir a concentração de tensão superficial e reduzir os danos mecânicos no processo de polimento. O plasma na tecnologia PAP estimula principalmente a superfície da cerâmica de nitreto de alumínio a formar uma camada modificada, que é mais fácil de ser removida pelo abrasivo, reduzindo bastante as fissuras superficiais e os defeitos microscópicos causados pela ação mecânica. Além disso, o método de processamento sem contato do plasma reduz o contato direto entre a ferramenta abrasiva e a peça de trabalho, reduzindo a força de atrito e reduzindo ainda mais os danos subterrâneos.
Técnica PAP na aplicação de polimento cerâmico de nitreto de alumínio e vantagens
1. Reduzir defeitos superficiais: Como a tecnologia PAP altera as propriedades superficiais dos materiais por meio da irradiação de plasma, a remoção de materiais superficiais depende principalmente da ação conjunta de efeitos químicos e físicos, para que possa efetivamente reduzir microfissuras e amassados gerados na mecânica. processo de polimento. Em aplicações de chips de circuitos integrados, a rugosidade superficial Ra ≤ 8 nm é um requisito comum, e a tecnologia PAP pode atingir melhor esse objetivo, mantendo a profundidade do dano no nível nanométrico. Isto é de grande importância para melhorar a qualidade geral de processamento do substrato de nitreto de alumínio.
2. Reduzir danos no subsolo: Os métodos tradicionais de polimento geralmente causam concentração de tensão dentro do material durante a remoção do material, resultando em danos invisíveis no subsolo. Este dano é muitas vezes difícil de detectar pela observação da superfície, mas pode afetar significativamente as propriedades mecânicas e térmicas do material. A tecnologia de polimento assistido por plasma reduz significativamente a formação de defeitos subterrâneos, reduzindo o contato mecânico e as forças de retificação, garantindo a integridade do material.
3. Melhorar a precisão do processamento: a tecnologia PAP pode controlar com precisão a energia e o tempo de irradiação do plasma, ajustar a taxa de remoção do material e a espessura da camada de modificação da superfície e, assim, obter um efeito de polimento de maior precisão. Para substratos cerâmicos de nitreto de alumínio que exigem precisão de superfície extremamente alta, a tecnologia PAP pode alcançar suavidade de superfície de RMS <2 nm, o que é particularmente importante para a indústria de semicondutores e embalagens eletrônicas.
4. Proteção ambiental do processamento a seco: A tecnologia PAP, como processo de polimento a seco, não necessita utilizar grande quantidade de líquido de polimento, reduzindo os resíduos químicos gerados no processo de polimento, em linha com as exigências da indústria manufatureira moderna para o meio ambiente proteção e desenvolvimento sustentável. Além disso, o uso de produtos químicos é reduzido, o que também reduz custos e poluição ambiental.
Limitações e desenvolvimento futuro da tecnologia PAP
Embora o polimento assistido por plasma no processo de usinagem de cerâmica de nitreto de alumínio apresente muitas vantagens, também apresenta algumas limitações. Em primeiro lugar, a tecnologia PAP em comparação com o polimento mecânico tradicional, o custo do equipamento é mais elevado e a taxa de remoção de material é relativamente baixa, limitando a sua aplicação no processamento em larga escala. Além disso, devido à pequena faixa de irradiação do plasma, a área de processamento é limitada, o que limita até certo ponto a aplicação do PAP no processamento de substratos de grande porte.
No futuro, o foco da pesquisa da tecnologia PAP deverá se concentrar na melhoria da taxa de remoção de material e na relação custo-benefício dos equipamentos. Ao mesmo tempo, combinado com outras tecnologias avançadas de usinagem de ultraprecisão, como polimento assistido por laser ou polimento por feixe de íons, será uma maneira eficaz de melhorar a eficiência e a qualidade do polimento cerâmico de nitreto de alumínio.
Conclusão
A tecnologia de polimento assistido por plasma, com sua vantagem significativamente reduzida no defeito superficial da usinagem de cerâmica de nitreto de alumínio e nos danos superficiais, gradualmente se tornou uma das tecnologias importantes no campo da usinagem de ultra-precisão. Embora o custo do equipamento seja alto e a taxa de remoção de material seja baixa, com o progresso contínuo da tecnologia e a expansão das aplicações, espera-se que a tecnologia PAP se torne um dos principais meios de processamento para lidar com materiais de alta dureza e alta fragilidade no futuro . Na área de semicondutores e embalagens eletrônicas, a tecnologia PAP tem uma ampla perspectiva de aplicação e merece mais pesquisa e promoção.
