Керамика из нитрида алюминия (AlN) как материал с превосходной теплопроводностью, механическими и электрическими свойствами в последние годы широко используется в крупномасштабных интегральных схемах и электронных корпусах. Его превосходные свойства делают его идеальным охлаждающим субстратом и упаковочным материалом. Однако из-за высокой твердости, высокой хрупкости и низкой вязкости разрушения керамики из нитрида алюминия во время обработки легко возникают поверхностные дефекты и подповерхностные повреждения. Чтобы удовлетворить потребность в сверхгладкой поверхности интегральных схем, полированная поверхность подложки из нитрида алюминия должна достигать чрезвычайно высокой плоскостности и низкой шероховатости поверхности. Это также делает то, как эффективно уменьшить дефекты и повреждения при обработке, стало важной темой исследований в области сверхточной механической обработки. В последние годы технология плазменной полировки (PAP) постепенно стала важным средством полировки керамики из нитрида алюминия благодаря эффективной обработке труднообрабатываемых материалов.
Характеристики и проблемы обработки керамики из нитрида алюминия
Керамика из нитрида алюминия не только обладает превосходной теплопроводностью, но также обладает коррозионной стойкостью и хорошими электрическими свойствами. Эти характеристики делают его широко используемым в высокопроизводительных электронных компонентах, особенно в корпусах электронных устройств, где требуется эффективное рассеивание тепла. Легкая конструкция подложки из нитрида алюминия может эффективно уменьшить объем электронных устройств, одновременно уменьшая внутреннее сопротивление корпуса, что способствует рассеиванию тепла чипа. Твердость и хрупкость нитридалюминиевой керамики, однако, позволяет очень легко наносить в процессе механической обработки механические повреждения, вызывающие на поверхности микротрещины, ямки и поверхностные дефекты. Эти дефекты не только влияют на механическую прочность материала, но также могут снизить эффективность рассеивания тепла и электрические свойства, что влияет на стабильность электронного устройства и срок службы. Поэтому при обработке керамики из нитрида алюминия вопросы получения сверхгладкой поверхности, уменьшения шероховатости поверхности и уменьшения глубины повреждений всегда находятся в центре внимания производственных предприятий и научно-исследовательских институтов.
Хотя традиционный метод механической полировки позволяет добиться определенной плоскостности поверхности, легко вызвать множество механических повреждений, и трудно эффективно удовлетворить высокие требования к точности, предъявляемые современными интегральными схемами. Напротив, технология плазменной полировки обеспечивает эффективное решение для обработки подложек из нитрида алюминия.
Обзор технологии плазменной полировки (PAP)
Плазменная полировка (PAP) представляет собой сочетание плазменной модификации и мягкого абразива для удаления технологии сухой полировки. Принцип заключается в модификации поверхности керамики из нитрида алюминия путем плазменного облучения, так что химические свойства поверхности изменяются, а затем используется мягкий абразив для удаления материала под следующим низким давлением. По сравнению с традиционной механической полировкой, плазменная полировка может эффективно снизить концентрацию поверхностных напряжений и уменьшить механические повреждения в процессе полировки. Плазма в технологии PAP в основном стимулирует поверхность керамики из нитрида алюминия с образованием модифицированного слоя, который легче удалить абразивом, что значительно уменьшает количество поверхностных трещин и микроскопических дефектов, вызванных механическим воздействием. Кроме того, бесконтактный метод плазменной обработки уменьшает прямой контакт между абразивным инструментом и заготовкой, уменьшая силу трения и дополнительно уменьшая подповерхностные повреждения.
Техника PAP при полировке керамики из нитрида алюминия и ее преимущества
1. Уменьшение поверхностных дефектов: поскольку технология PAP изменяет свойства поверхности материалов посредством плазменного облучения, удаление поверхностных материалов в основном зависит от совместного действия химических и физических воздействий, поэтому она может эффективно уменьшать микротрещины и вмятины, образующиеся на механических поверхностях. процесс полировки. В интегральных микросхемах шероховатость поверхности Ra ≤ 8 нм является общим требованием, и технология PAP может лучше достичь этой цели, сохраняя при этом глубину повреждения на уровне нанометров. Это имеет большое значение для улучшения общего качества обработки подложки из нитрида алюминия.
2. Уменьшите повреждение подповерхностных слоев. Традиционные методы полировки часто вызывают концентрацию напряжений внутри материала во время удаления материала, что приводит к невидимым повреждениям подповерхностного слоя. Это повреждение часто трудно обнаружить при поверхностном осмотре, но оно может существенно повлиять на механические и термические свойства материала. Технология плазменной полировки значительно снижает образование подповерхностных дефектов за счет уменьшения механического контакта и уменьшения усилий шлифования, обеспечивая целостность материала.
3. Повышение точности обработки: технология PAP позволяет точно контролировать энергию и время облучения плазмы, регулировать скорость удаления материала и толщину слоя модификации поверхности и, таким образом, достигать более точного эффекта полировки. Для керамических подложек из нитрида алюминия, требующих чрезвычайно высокой точности поверхности, технология PAP может обеспечить гладкость поверхности RMS < 2 нм, что особенно важно для полупроводниковой и электронной упаковочной промышленности.
4. Защита окружающей среды при сухой обработке: технология PAP, как процесс сухой полировки, не требует использования большого количества полирующей жидкости, что снижает количество химических отходов, образующихся в процессе полировки, в соответствии с требованиями современной обрабатывающей промышленности по охране окружающей среды. защита и устойчивое развитие. Кроме того, сокращается использование химикатов, что также снижает затраты и загрязнение окружающей среды.
Ограничения и будущее развитие технологии PAP
Хотя плазменная полировка в процессе обработки керамики из нитрида алюминия имеет множество преимуществ, она также имеет некоторые ограничения. Прежде всего, технология PAP по сравнению с традиционной механической полировкой, стоимость оборудования выше, а скорость съема материала относительно низкая, что ограничивает ее применение при крупномасштабной обработке. Кроме того, из-за малого диапазона облучения плазмы область обработки ограничена, что в некоторой степени ограничивает применение ПАП при обработке подложек больших размеров.
В будущем основное внимание в исследованиях технологии PAP должно быть сосредоточено на повышении скорости удаления материала и соотношения затрат и выгод от оборудования. В то же время, в сочетании с другими передовыми технологиями сверхточной обработки, такими как лазерная полировка или полировка ионным лучом, это станет эффективным способом повышения эффективности и качества полировки керамики из нитрида алюминия.
Заключение
Технология плазменной полировки, позволяющая значительно уменьшить дефект поверхности керамической обработки из нитрида алюминия и получить преимущество в повреждении поверхности, постепенно становится одной из важных технологий в области сверхточной обработки. Хотя стоимость оборудования высока, а скорость съема материала низкая, с постоянным развитием технологий и расширением области применения ожидается, что в будущем технология PAP станет одним из основных средств обработки материалов с высокой твердостью и высокой хрупкостью. . В области полупроводниковой и электронной упаковки технология PAP имеет широкую перспективу применения и заслуживает дальнейших исследований и продвижения.
