En el campo del embalaje microelectrónico, las cerámicas de nitruro de aluminio se están convirtiendo gradualmente en el material preferido para sustratos de enfriamiento de chips de alto rendimiento debido a su excelente conductividad térmica, resistencia mecánica y propiedades eléctricas. Sin embargo, su alta dureza y alta fragilidad pueden causar fácilmente microgrietas en la superficie y daños en el subsuelo durante el procesamiento, lo que afecta directamente las propiedades finales y los efectos de aplicación del material. Por lo tanto, cómo optimizar el proceso de pulido químico mecánico (CMP) de las cerámicas de nitruro de aluminio para reducir o eliminar eficazmente estos defectos de procesamiento se ha convertido en un punto candente y difícil en la investigación actual.
Cerámica de nitruro de aluminio, como material avanzado de alto rendimiento, con su excelente eficiencia de conductividad térmica (conductividad térmica de hasta aproximadamente 200-300 W/m·K, superando con creces los materiales cerámicos tradicionales), excelentes propiedades mecánicas (alta dureza, alta resistencia) , excelente resistencia a la corrosión, así como buenas características de aislamiento eléctrico y soldabilidad, ha mostrado un gran potencial en el campo de la microelectrónica, especialmente en el sustrato de enfriamiento y materiales de embalaje de circuitos integrados (ICS) a gran escala. El diseño liviano del sustrato AlN no solo reduce eficazmente el volumen y el peso de los dispositivos electrónicos, sino que también reduce significativamente la resistencia térmica a través de su superficie ultralisa (rugosidad superficial ideal Ra ≤ 8 nm, e incluso requiere precisión de la superficie RMS <2 nm después del pulido), optimizando la eficiencia de disipación de calor del chip, lo cual es crucial para mejorar el rendimiento general y la confiabilidad de los circuitos integrados.
Sin embargo, la alta dureza (dureza de Mohs de aproximadamente 9), la alta fragilidad y la tenacidad a la fractura relativamente baja de las cerámicas de nitruro de aluminio plantean grandes desafíos para el mecanizado de precisión, especialmente el aplanamiento de superficies. En el proceso de procesamiento, es fácil producir rayones en la superficie, microfisuras y otros defectos, así como también es difícil detectar daños en el subsuelo, lo que afectará directamente el rendimiento y la vida útil del material. Por lo tanto, cómo lograr un procesamiento de aplanamiento de superficies cerámicas de nitruro de aluminio eficiente y de alta calidad y reducir los defectos de procesamiento se ha convertido en un problema clave a resolver en el campo de la ciencia e ingeniería de materiales.
El núcleo del proceso de pulido químico mecánico de las cerámicas de nitruro de aluminio es realizar el procesamiento fino y el tratamiento plano de la superficie del material mediante la doble acción de la corrosión química y la fricción mecánica. Este proceso no sólo puede mejorar significativamente la rugosidad de la superficie del material, sino también ajustar el estado de tensión de la superficie del material hasta cierto punto, para mejorar el rendimiento general. Sin embargo, el proceso CMP tradicional suele resultar difícil para equilibrar la eficiencia del procesamiento y la calidad de la superficie cuando se procesan cerámicas de nitruro de aluminio, especialmente en la prevención de microfisuras y daños subsuperficiales.
Vale la pena señalar que, en comparación con materiales semiconductores más maduros, como el carburo de silicio, todavía existen algunas lagunas de investigación en la selección de abrasivos, los tipos de almohadillas de pulido y el proceso de optimización de las cerámicas de nitruro de aluminio en el proceso CMP. En el futuro, con una comprensión profunda de las características de los materiales cerámicos de nitruro de aluminio y la innovación continua de la tecnología CMP, se espera desarrollar un sistema de proceso CMP más eficiente, respetuoso con el medio ambiente y adecuado para las cerámicas de nitruro de aluminio, y promover aún más su amplia aplicación en el campo del embalaje electrónico de alto rendimiento.
Para resolver el problema de que la superficie del nitruro de aluminio después del procesamiento es propensa a microfisuras y daños en el subsuelo, es necesario partir de muchos aspectos:
1. Optimice la formulación del fluido de pulido: desarrolle un fluido de pulido con mayor selectividad, que pueda eliminar de manera más efectiva la superficie del material sin dañar su estructura interna. Al mismo tiempo, el valor de pH, la concentración y los tipos de aditivos del líquido de pulido se ajustan para reducir la erosión química de las cerámicas de nitruro de aluminio y reducir el riesgo de microfisuras.
2. Mejore la selección de almohadillas de pulido y abrasivos: seleccione almohadillas de pulido con dureza moderada y buena resistencia al desgaste, así como partículas abrasivas con distribución uniforme del tamaño de las partículas y forma regular para reducir la concentración de tensión mecánica durante el procesamiento y evitar daños al subsuelo.
3. Control preciso de los parámetros de pulido: incluida la presión de pulido, la velocidad de rotación, el tiempo de pulido, etc. La configuración razonable de estos parámetros puede afectar directamente el efecto de pulido y la calidad del procesamiento. Al ajustar estos parámetros, es posible minimizar los defectos superficiales y al mismo tiempo garantizar la eficiencia del procesamiento.
4. Adopte tecnología avanzada de detección y retroalimentación: el sistema de monitoreo y retroalimentación en línea se introduce en el proceso CMP para detectar la calidad de la superficie mecanizada en tiempo real y ajustar los parámetros de pulido a tiempo de acuerdo con los resultados de la retroalimentación para realizar el proceso inteligente y control fino del proceso de procesamiento.
En resumen, la optimización y mejora del proceso de pulido químico mecánico de las cerámicas de nitruro de aluminio es la clave para resolver las microgrietas y el daño subsuperficial de la superficie de nitruro de aluminio después del procesamiento. Mediante la aplicación integral de las estrategias anteriores, se puede mejorar significativamente la calidad del procesamiento y el rendimiento de la aplicación de las cerámicas de nitruro de aluminio, y se puede promover la amplia aplicación y desarrollo de las cerámicas de nitruro de aluminio en el campo de los envases de microelectrónica.
