Aluminiumnitride (AlN)-keramiek, als materiaal met uitstekende thermische geleidbaarheid, mechanische eigenschappen en elektrische eigenschappen, is de afgelopen jaren op grote schaal gebruikt in grootschalige geïntegreerde schakelingen en elektronische pakketten. De uitstekende eigenschappen maken het tot een ideaal koelsubstraat en verpakkingsmateriaal. Vanwege de hoge hardheid, hoge brosheid en lage breuktaaiheid van aluminiumnitride-keramiek kunnen tijdens de verwerking echter gemakkelijk oppervlaktedefecten en beschadigingen onder het oppervlak optreden. Om aan de vraag naar ultragladde oppervlakken van geïntegreerde schakelingen te voldoen, moet het gepolijste oppervlak van aluminiumnitridesubstraat extreem hoge vlakheid en lage oppervlakteruwheid bereiken. Dit maakt ook dat het effectief verminderen van defecten en schade tijdens de verwerking een belangrijk onderzoeksonderwerp is geworden op het gebied van ultraprecieze bewerking. De afgelopen jaren is plasma-ondersteund polijsten (PAP)-technologie geleidelijk een belangrijk middel geworden voor het polijsten van aluminiumnitride-keramiek vanwege de effectieve behandeling van moeilijk te verwerken materialen.
Kenmerken en verwerkingsuitdagingen van aluminiumnitride-keramiek
Aluminiumnitride-keramiek heeft niet alleen een uitstekende thermische geleidbaarheid, maar ook corrosieweerstand en goede elektrische eigenschappen. Deze kenmerken zorgen ervoor dat het op grote schaal wordt gebruikt in hoogwaardige elektronische componenten, vooral in de verpakking van elektronische apparaten waar efficiënte warmteafvoer vereist is. Het lichtgewicht ontwerp van aluminiumnitridesubstraat kan het volume van elektronische apparaten effectief verminderen, terwijl de interne weerstand van de behuizing wordt verminderd, wat bevorderlijk is voor de warmteafvoer van de chip. De keramische hardheid en brosheid van aluminiumnitride maken het echter zeer gemakkelijk te produceren tijdens het machinaal bewerken van mechanische schade, waardoor microscheurtjes in het oppervlak, putjes en oppervlaktedefecten ontstaan. Deze defecten hebben niet alleen invloed op de mechanische sterkte van het materiaal, maar kunnen ook de warmteafvoerprestaties en de elektrische eigenschappen verminderen, die de stabiliteit van het elektronische apparaat en de levensduur beïnvloeden. Daarom is het verkrijgen van een ultraglad oppervlak, het verminderen van de oppervlakteruwheid en het verminderen van de schadediepte bij de verwerking van aluminiumnitride-keramiek altijd de focus van productiebedrijven en onderzoeksinstellingen.
Hoewel de traditionele mechanische polijstmethode een bepaalde vlakheid van het oppervlak kan bereiken, is het gemakkelijk om veel mechanische schade te veroorzaken, en is het moeilijk om effectief te voldoen aan de hoge precisie-eisen van de huidige geïntegreerde schakelingen. Daarentegen biedt plasma-geassisteerde polijsttechnologie een effectieve oplossing voor de verwerking van aluminiumnitridesubstraten.
Overzicht van plasma-ondersteunde polijsttechnologie (PAP)
Plasma-ondersteund polijsten (PAP) is een combinatie van plasmamodificatie en zacht schuurmiddel om droge polijsttechnologie te verwijderen. Het principe is om het oppervlak van aluminiumnitride-keramiek te modificeren door plasmabestraling, zodat de chemische eigenschappen van het oppervlak veranderen, en vervolgens wordt het zachte schuurmiddel gebruikt om het materiaal onder de volgende lage druk te verwijderen. Vergeleken met traditioneel mechanisch polijsten kan plasma-ondersteund polijsten de oppervlaktespanningsconcentratie effectief verminderen en de mechanische schade tijdens het polijstproces verminderen. Het plasma in de PAP-technologie stimuleert voornamelijk het oppervlak van aluminiumnitride-keramiek om een gemodificeerde laag te vormen, die gemakkelijker kan worden verwijderd door schuurmiddelen, waardoor de oppervlaktescheuren en microscopische defecten veroorzaakt door mechanische actie aanzienlijk worden verminderd. Bovendien vermindert de contactloze verwerkingsmethode van het plasma het directe contact tussen het schuurgereedschap en het werkstuk, waardoor de wrijvingskracht wordt verminderd en de schade onder het oppervlak verder wordt verminderd.
PAP-techniek bij de toepassing van keramiekpolijsten met aluminiumnitride en voordelen
1. Verminder oppervlaktedefecten: Omdat PAP-technologie de oppervlakte-eigenschappen van materialen verandert door plasmabestraling, hangt de verwijdering van oppervlaktematerialen voornamelijk af van de gezamenlijke werking van chemische en fysische effecten, zodat het effectief microscheuren en deuken kan verminderen die worden gegenereerd in de mechanische polijst proces. Bij chiptoepassingen met geïntegreerde schakelingen is oppervlakteruwheid Ra ≤ 8 nm een veel voorkomende vereiste, en PAP-technologie kan dit doel beter bereiken terwijl de schadediepte op nanometerniveau wordt gehouden. Dit is van groot belang voor het verbeteren van de algehele verwerkingskwaliteit van aluminiumnitridesubstraat.
2. Verminder ondergrondse schade: Traditionele polijstmethoden veroorzaken tijdens het verwijderen van materiaal vaak spanningsconcentratie in het materiaal, wat resulteert in onzichtbare ondergrondse schade. Deze schade is vaak moeilijk waar te nemen door oppervlakteobservatie, maar kan de mechanische en thermische eigenschappen van het materiaal aanzienlijk beïnvloeden. Plasma-geassisteerde polijsttechnologie vermindert de vorming van defecten onder het oppervlak aanzienlijk door mechanisch contact te verminderen en de slijpkrachten te verminderen, waardoor de materiaalintegriteit wordt gewaarborgd.
3. Verbeter de verwerkingsnauwkeurigheid: PAP-technologie kan de energie en bestralingstijd van het plasma nauwkeurig regelen, de verwijderingssnelheid van het materiaal en de dikte van de oppervlaktemodificatielaag aanpassen en zo een polijsteffect met hogere precisie bereiken. Voor keramische substraten van aluminiumnitride die een extreem hoge oppervlaktenauwkeurigheid vereisen, kan de PAP-technologie een oppervlaktegladheid van RMS < 2 nm bereiken, wat vooral belangrijk is voor de halfgeleider- en elektronische verpakkingsindustrie.
4. Milieubescherming van droge verwerking: PAP-technologie hoeft als droog polijstproces geen grote hoeveelheid polijstvloeistof te gebruiken, waardoor het chemische afval dat tijdens het polijstproces wordt gegenereerd wordt verminderd, in overeenstemming met de eisen van de moderne productie-industrie op het gebied van milieu bescherming en duurzame ontwikkeling. Bovendien wordt het gebruik van chemicaliën verminderd, waardoor ook de kosten en de milieuvervuiling afnemen.
Beperkingen en toekomstige ontwikkeling van PAP-technologie
Hoewel plasmaondersteund polijsten bij het bewerkingsproces van aluminiumnitride-keramiek veel voordelen biedt, heeft het ook enkele beperkingen. Ten eerste zijn de apparatuurkosten bij de PAP-technologie in vergelijking met traditioneel mechanisch polijsten hoger en is de materiaalverwijderingssnelheid relatief laag, waardoor de toepassing ervan bij grootschalige verwerking wordt beperkt. Bovendien is het verwerkingsgebied, vanwege het kleine bestralingsbereik van plasma, beperkt, wat tot op zekere hoogte de toepassing van PAP bij de verwerking van grote substraten beperkt.
In de toekomst zou de onderzoeksfocus van de PAP-technologie zich moeten richten op het verbeteren van de materiaalverwijderingssnelheid en de kosten-batenverhouding van apparatuur. Tegelijkertijd zal het in combinatie met andere geavanceerde ultraprecieze bewerkingstechnologieën, zoals laserondersteund polijsten of ionenstraalpolijsten, een effectieve manier zijn om de efficiëntie en kwaliteit van keramiekpolijsten met aluminiumnitride te verbeteren.
Conclusie
Plasma-ondersteunde polijsttechnologie, met zijn aanzienlijk verminderde defecten aan het keramische bewerkingsoppervlak van aluminiumnitride en de voordelen van oppervlakteschade, wordt geleidelijk een van de belangrijke technologieën op het gebied van ultraprecieze bewerking. Hoewel de apparatuurkosten hoog zijn en de mate van materiaalverwijdering laag is, wordt verwacht dat de PAP-technologie, met de voortdurende vooruitgang van de technologie en de uitbreiding van toepassingen, in de toekomst een van de reguliere verwerkingsmiddelen zal worden om materialen met een hoge hardheid en hoge brosheid aan te pakken. . Op het gebied van halfgeleider- en elektronische verpakkingen heeft PAP-technologie een breed toepassingsperspectief en is verder onderzoek en promotie waard.
