Las cerámicas de nitruro de aluminio (AlN), como material con excelente conductividad térmica, propiedades mecánicas y eléctricas, se han utilizado ampliamente en circuitos integrados y paquetes electrónicos a gran escala en los últimos años. Sus excelentes propiedades lo convierten en un sustrato de refrigeración y material de embalaje ideal. Sin embargo, debido a la alta dureza, alta fragilidad y baja tenacidad a la fractura de las cerámicas de nitruro de aluminio, es fácil que se produzcan defectos superficiales y daños subsuperficiales durante el procesamiento. Para satisfacer la demanda de superficies ultralisas de los circuitos integrados, la superficie pulida del sustrato de nitruro de aluminio necesita lograr una planitud extremadamente alta y una rugosidad superficial baja. Esto también hace que cómo reducir eficazmente los defectos y daños en el procesamiento se haya convertido en un tema de investigación importante en el campo del mecanizado de ultraprecisión. En los últimos años, la tecnología de pulido asistido por plasma (PAP) se ha convertido gradualmente en un medio importante para pulir cerámicas de nitruro de aluminio debido a su tratamiento eficaz de materiales difíciles de procesar.
Características y desafíos de procesamiento de las cerámicas de nitruro de aluminio
Las cerámicas de nitruro de aluminio no solo tienen una excelente conductividad térmica, sino que también tienen resistencia a la corrosión y buenas propiedades eléctricas. Estas características lo hacen ampliamente utilizado en componentes electrónicos de alto rendimiento, especialmente en empaques de dispositivos electrónicos donde se requiere una disipación de calor eficiente. El diseño liviano del sustrato de nitruro de aluminio puede reducir efectivamente el volumen de los dispositivos electrónicos, al tiempo que reduce la resistencia interna del paquete, lo que favorece la disipación de calor del chip. Sin embargo, la dureza y fragilidad de la cerámica de nitruro de aluminio hace que sea muy fácil de producir daños mecánicos en el proceso de mecanizado, provocando microfisuras, picaduras y defectos en la superficie. Estos defectos no sólo afectan la resistencia mecánica del material, sino que también pueden reducir el rendimiento de disipación de calor y las propiedades eléctricas, lo que afecta la estabilidad del dispositivo electrónico y su vida útil. Por lo tanto, en el procesamiento de cerámicas de nitruro de aluminio, cómo obtener una superficie ultralisa, reducir la rugosidad de la superficie y reducir la profundidad del daño es siempre el enfoque de las empresas manufactureras y las instituciones de investigación.
Aunque el método de pulido mecánico tradicional puede lograr una cierta planitud de la superficie, es fácil causar muchos daños mecánicos y es difícil satisfacer de manera efectiva la demanda de alta precisión de los circuitos integrados actuales. Por el contrario, la tecnología de pulido asistido por plasma proporciona una solución eficaz para el procesamiento de sustratos de nitruro de aluminio.
Descripción general de la tecnología de pulido asistido por plasma (PAP)
El pulido asistido por plasma (PAP) es una combinación de modificación por plasma y abrasivo suave para eliminar la tecnología de pulido en seco. El principio es modificar la superficie de la cerámica de nitruro de aluminio mediante irradiación de plasma, de modo que cambien las propiedades químicas de la superficie, y luego se usa un abrasivo suave para eliminar el material bajo la siguiente presión baja. En comparación con el pulido mecánico tradicional, el pulido asistido por plasma puede reducir eficazmente la concentración de tensión superficial y reducir el daño mecánico en el proceso de pulido. El plasma en la tecnología PAP estimula principalmente la superficie de la cerámica de nitruro de aluminio para formar una capa modificada, que es más fácil de eliminar con abrasivo, reduciendo así en gran medida las grietas superficiales y los defectos microscópicos causados por la acción mecánica. Además, el método de procesamiento sin contacto del plasma reduce el contacto directo entre la herramienta abrasiva y la pieza de trabajo, lo que reduce la fuerza de fricción y reduce aún más el daño subsuperficial.
Técnica PAP en la aplicación del pulido cerámico de nitruro de aluminio y ventajas
1. Reducir los defectos de la superficie: debido a que la tecnología PAP cambia las propiedades de la superficie de los materiales mediante la irradiación de plasma, la eliminación de los materiales de la superficie depende principalmente de la acción conjunta de los efectos químicos y físicos, por lo que puede reducir eficazmente las microfisuras y abolladuras generadas en el sistema mecánico. proceso de pulido. En aplicaciones de chips de circuitos integrados, la rugosidad de la superficie Ra ≤ 8 nm es un requisito común, y la tecnología PAP puede lograr mejor este objetivo manteniendo la profundidad del daño en el nivel nanométrico. Esto es de gran importancia para mejorar la calidad general del procesamiento del sustrato de nitruro de aluminio.
2. Reducir el daño al subsuelo: los métodos de pulido tradicionales a menudo causan concentración de tensión dentro del material durante la eliminación del mismo, lo que resulta en daños invisibles al subsuelo. Este daño suele ser difícil de detectar mediante la observación de la superficie, pero puede afectar significativamente las propiedades mecánicas y térmicas del material. La tecnología de pulido asistido por plasma reduce significativamente la formación de defectos subsuperficiales al reducir el contacto mecánico y las fuerzas de esmerilado, lo que garantiza la integridad del material.
3. Mejore la precisión del procesamiento: la tecnología PAP puede controlar con precisión la energía y el tiempo de irradiación del plasma, ajustar la tasa de eliminación del material y el grosor de la capa de modificación de la superficie y así lograr un efecto de pulido de mayor precisión. Para sustratos cerámicos de nitruro de aluminio que requieren una precisión superficial extremadamente alta, la tecnología PAP puede lograr una suavidad superficial de RMS < 2 nm, lo cual es particularmente importante para la industria de semiconductores y embalajes electrónicos.
4. Protección ambiental del procesamiento en seco: la tecnología PAP, como proceso de pulido en seco, no necesita utilizar una gran cantidad de líquido de pulido, lo que reduce los desechos químicos generados en el proceso de pulido, de acuerdo con los requisitos de la industria manufacturera moderna en materia de medio ambiente. protección y desarrollo sostenible. Además, se reduce el uso de productos químicos, lo que también reduce los costes y la contaminación ambiental.
Limitaciones y desarrollo futuro de la tecnología PAP
Aunque el pulido asistido por plasma en el proceso de mecanizado de cerámica de nitruro de aluminio muestra muchas ventajas, también tiene algunas limitaciones. En primer lugar, la tecnología PAP, en comparación con el pulido mecánico tradicional, el costo del equipo es mayor y la tasa de eliminación de material es relativamente baja, lo que limita su aplicación en el procesamiento a gran escala. Además, debido al pequeño rango de irradiación del plasma, el área de procesamiento es limitada, lo que hasta cierto punto limita la aplicación de PAP en el procesamiento de sustratos de gran tamaño.
En el futuro, el foco de investigación de la tecnología PAP debería centrarse en mejorar la tasa de eliminación de material y la relación costo-beneficio del equipo. Al mismo tiempo, combinado con otras tecnologías avanzadas de mecanizado de ultraprecisión, como el pulido asistido por láser o el pulido con haz de iones, será una forma eficaz de mejorar la eficiencia y la calidad del pulido cerámico de nitruro de aluminio.
Conclusión
La tecnología de pulido asistido por plasma, con su ventaja significativamente reducida en el defecto de la superficie de mecanizado de cerámica de nitruro de aluminio y el daño de la superficie, se convierte gradualmente en una de las tecnologías importantes en el campo del mecanizado de ultraprecisión. Aunque el costo del equipo es alto y la tasa de eliminación de material es baja, con el progreso continuo de la tecnología y la expansión de las aplicaciones, se espera que la tecnología PAP se convierta en uno de los principales medios de procesamiento para tratar materiales de alta dureza y alta fragilidad en el futuro. . En el campo de los semiconductores y los envases electrónicos, la tecnología PAP tiene una amplia perspectiva de aplicación y merece una mayor investigación y promoción.
