Serie Keramiksubstrate: Einführung in die Laserpolierverarbeitungstechnologie
1、Vorteile von Keramiksubstraten
Im Vergleich zu Metallen, Verbundwerkstoffen auf Metallbasis und HarzsubstratenKeramiksubstratehaben eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit,
elektrische Isolierung, Gasdichtheit, mechanische Eigenschaften und dielektrische Eigenschaften. Sie werden häufig in High-Tech-Bereichen wie integrierten Schaltkreisen, Hochleistungshalbleitergeräten, Kommunikationselektronik, LED-Industrie, Lithiumbatterien, Chips, Luft- und Raumfahrt und der nationalen Verteidigungsindustrie eingesetzt.
2、Erste Hälfte des Keramiksubstrat-Herstellungsprozesses
Die industrielle Kette von Keramiksubstraten ist relativ lang und umfasst grundlegende Prozesse wie Pressen, Sintern und Oberflächenbearbeitung, wobei jeder Schritt entscheidend ist. In der ersten Hälfte des Produktionsprozesses haben Techniken wie Bandgießen und Entbinderungssintern einen äußerst hohen technischen Inhalt. Die erhaltenen Produkte (allgemein als Grünplatten bezeichnet) sind jedoch nicht direkt verwendbar und erfordern eine Nachbearbeitung wie Polieren und Metallisieren.
3、Laserpoliertechnologie und ihre Anwendungen
Da die Fertigung in eine neue Entwicklungsphase eintritt, wird die Verwendung von Keramiksubstraten immer weiter verbreitet, wobei höhere Anforderungen an die Oberflächenrauheit und Ebenheit gestellt werden. Die rasante Entwicklung der Laserpoliertechnologie bietet einen neuen Ansatz für die intelligente und effiziente Polierbearbeitung von Keramiksubstraten.
Die Laserpoliertechnologie ist eine vielversprechende industrielle Poliertechnologie, die sich durch Schadstofffreiheit, breite Anwendung, stabile Polierqualität und einfache Automatisierung auszeichnet. Sein Prinzip besteht darin, die Materialoberfläche durch Laser zu schmelzen oder zu verdampfen, wodurch der Fluss geschmolzenen Metalls durch Kapillarwirkung oder thermische Kapillarwirkung angetrieben wird und dadurch die Spitzen und Täler aufgefüllt werden, um eine glatte Oberfläche zu erreichen.
Die Laserpoliertechnologie kann zum Polieren verschiedener Arten von Materialien wie Metallen, Glas und Keramik eingesetzt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Poliertechniken bietet das Laserpolieren bei industriellen Anwendungen inhärente Vorteile und findet breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, im Formenbau, bei medizinischen Geräten, in der Optik und in der Halbleiterfertigung.
4、Übliche Poliertechniken für Keramiksubstrate
Zu den gängigen Poliertechniken für Keramiksubstrate gehören:
(1) Chemisch-mechanisches Polieren (CMP)
Eine Methode, die den kombinierten Effekt von Polierlösungskorrosion und mechanischem Abtrag nutzt, wobei das Pulver weicher ist als die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks, was während der Gleitbewegung Festphasenreaktionen mit dem Werkstück ermöglicht, was zu einem Materialabtrag führt.
(2) Ultraschall-Vibrationsunterstütztes Schleifflusspolieren
Bei dieser Methode wird das Werkstück in eine Schleifmittelsuspension gegeben und Ultraschallschwingungen ausgesetzt, die dazu führen, dass Schleifpartikel auf die Werkstückoberfläche auftreffen und diese polieren, wobei die Politur durch Mikroschneiden der Vorsprünge auf der Oberfläche erreicht wird.
(3) Elektrophoretisches Polieren
Eine berührungslose und zerstörungsfreie Poliermethode, die das Elektrophorese-Phänomen auf Keramikwerkstücke anwendet. Durch kontinuierliche Kollisionen und Mikroschnitte, die durch Partikelkollisionen verursacht werden, erfährt die Keramikoberfläche eine Mikroermüdung und ein feines Pflügen.
(4) Elektrolytisches Polieren
Bei dieser Methode, die auch als elektrochemisches Polieren bezeichnet wird, wird das Werkstück als Anode und ein unlösliches Metall als Kathode unter geeigneten Elektrolyt- und Stromdichtebedingungen verwendet, wodurch die Oberfläche des Werkstücks allmählich geglättet und dadurch seine Helligkeit erhöht wird.
5、Polieren von Keramiksubstraten mit verschiedenen Materialien
Zu den Keramiksubstraten gehören hauptsächlich Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumnitrid (Si3N4) und Aluminiumnitrid (AlN). Aufgrund der hohen Härte, Sprödigkeit, Rissanfälligkeit und der schwierigen Oberflächenbearbeitung von Keramiksubstraten variieren Leistung und Struktur verschiedener Keramikmaterialien. Daher ist die Auswahl geeigneter Poliertechniken unerlässlich, um signifikante Bearbeitungseffekte zu erzielen.
(1) Polieren des Al2O3-Keramiksubstrats
Al2O3-Keramiksubstrate weisen eine hohe mechanische Festigkeit, Härte, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Lichtdurchlässigkeit, chemische Stabilität und hohe Temperaturwechselbeständigkeit auf. Sie sind derzeit die am häufigsten verwendeten keramischen Materialien im Bereich der elektronischen Technologie.
(2)Polieren von Si3N4-Keramiksubstraten
Si3N4-Keramiksubstrate sind ungiftig, haben eine niedrige Dielektrizitätskonstante, eine hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Bruchzähigkeit, eine hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und eine starke Schlagfestigkeit. Sie finden breite Anwendung in Automobil-Stoßdämpfern, Motoren, Automobil-IGBTs, Transportwesen, Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen. CMP ist die Hauptpoliermethode für Si3N4-Keramiksubstrate.
(3)Polieren von AlN-Keramiksubstraten
AlN-Keramiksubstrate haben als Keramikmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit eine Wärmeleitfähigkeit von 150 W·m−1·K−1 bis 230 W·m−1·K−1, was mehr als dem Achtfachen der von Al2O3-Keramik entspricht. Mit ausgezeichneter Wärmeableitungsleistung, Korrosionsbeständigkeit, niedriger Dielektrizitätskonstante, geringem dielektrischen Verlust und Ungiftigkeit können AlN-Keramiksubstrate die Wärmeableitungsanforderungen von großformatigen integrierten Schaltkreisen erfüllen und sind somit ideale Materialien für den Ersatz von Al2O3, SiC und BeO Keramiksubstrate in der Elektronikindustrie.
Als Substratmaterial für integrierte Schaltkreise und kupferkaschierte Laminate hat die Oberflächenqualität von Keramiksubstraten direkten Einfluss auf die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Backend-Geräten. Mit der Entwicklung der Geräteintegration, Miniaturisierung und hohen Zuverlässigkeit werden die Anforderungen an die Oberflächenqualität von Keramiksubstraten in Zukunft immer strenger. Die Anwendung keramischer Substratverarbeitungstechnologien wird zweifellos immer mehr Herausforderungen mit sich bringen.
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