Oberflächenschleiftechnologie des DPC-Keramiksubstrats
DPC-Keramiksubstrateverfügen über technische Vorteile wie hervorragende Wärmeleitfähigkeit/Wärmebeständigkeit, hohe grafische Genauigkeit und vertikale Verbindungsfähigkeit. Sie finden breite Anwendung in der Leistungshalbleiterbeleuchtung (weiße LEDs), der Sterilisation (tiefviolette LEDs), der Laser- und optischen Kommunikation (LD&VCSEL), der thermoelektrischen Kühlung (TEC) und anderen Bereichen.
Der Vorbereitungsprozess von DPC-Keramiksubstraten umfasst hauptsächlich:
(1)Sputtern einer Metallkeimschicht (Ti/Cu) auf die Keramikbasis.
(2)Auftragen eines lichtempfindlichen Trockenfilms.
(3)Musterbildung durch Belichtung und Entwicklung.
(4)Verdickung der Kupferschicht durch Mustergalvanisierung.
(5)Oberflächenschleifen des Substrats (zur Kontrolle der Dicke und Gleichmäßigkeit der Kupferschicht).
(6)Entfernen des Trockenfilms, Ätzen der Keimschicht und abschließende Oberflächenbehandlung (z. B. chemische Silber- oder Nickel-Gold-Beschichtung).
Bei der Vorbereitung von DPC-Keramiksubstraten führt die ungleichmäßige Verteilung des Galvanisierungsstroms zu einer ungleichmäßigen Dicke der Kupferschicht auf der Substratoberfläche (Dickenunterschied kann 100 μm überschreiten). Das Oberflächenschleifen ist ein wichtiger Prozess zur Kontrolle der Dicke der galvanisierten Kupferschicht und zur Verbesserung ihrer Gleichmäßigkeit, was sich direkt auf die Leistung von Keramiksubstraten und die Qualität der Geräteverpackung auswirkt.
Aufgrund der guten Duktilität des Kupfermaterials kommt es beim Schleifprozess leicht zu plastischen Verformungen (Kratzer oder Kupferhaut), was erhebliche Herausforderungen mit sich bringt. Zum Schleifen der Kupferschicht auf der Oberfläche von DPC-Keramiksubstraten stehen vier Hauptschleiftechniken zur Verfügung:
(1)Bandschleifen:
Bandschleifen ist eine häufig verwendete Grobschleiftechnik für Metalloberflächen. Es nutzt Schleifbänder auf Rollen, um Proben auf dem Förderband schnell zu mahlen, was zu einer hohen Schleifeffizienz führt.
Allerdings ist die Schleifgeschwindigkeit beim Bandschleifen deutlich höher als beim CNC-Schleifen und Keramikbürstenschleifen, allerdings sind die Oberflächenrauheit und die Dickengleichmäßigkeit relativ schlecht. Darüber hinaus können auffällige Defekte durch plastische Verformung der Kupferschichtkanten auftreten.
(2)CNC-Schleifen:
Beim CNC-Schleifen werden hauptsächlich CNC-Schleifmaschinen eingesetzt. Zunächst wird Schleifpapier am Messerkopf der Schleifmaschine befestigt. Die auf der Plattform befestigten Keramiksubstrate werden durch den rotierenden Schneidkopf schnell geschliffen. CNC-Schleifprozesse sind einfach und das Schleifen ist relativ gleichmäßig. Allerdings verbraucht es viel Schleifpapier und muss manuell ausgetauscht werden.
(3)Keramikbürstenschleifen:
Beim Keramikbürstenschleifen werden hochgeschwindigkeitsrotierende Radoberflächen mit Keramik-/Diamant-Verbundschleifmitteln verwendet, um Keramiksubstrate zu schleifen, die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf dem Förderband bewegen. Da Drucksensoren an der Walzenwelle den Schleifdruck steuern können und der Gummi als Puffer fungiert, kann das Keramikbürstenschleifen die Dicke und Gleichmäßigkeit der Kupferschicht auf der Substratoberfläche effektiv steuern.
(4)Chemisch-mechanisches Polieren (CMP):
Wenn für DPC-Keramiksubstrate hohe Oberflächenanforderungen erforderlich sind, ist CMP die bevorzugte Schleiftechnik. Für bestimmte optoelektronische Geräte (wie Laser-LDs und VCSELs), die eine weitere Verbesserung der Qualität des erstarrten Kristallbereichs des Keramiksubstrats erfordern (Oberflächenrauheit unter 0,1 μm und Dickenabweichung unter 10 μm erfordern), muss CMP eingesetzt werden.
Aufgrund der geringen Partikelgröße der Schleifpartikel in der CMP-Schleifflüssigkeit ist die Schleifeffizienz gering. Daher ist CMP nur für Feinschleifbehandlungen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität geeignet und muss mit Vorbearbeitungstechniken wie CNC-Schleifen und Keramikbürstenschleifen kombiniert werden.
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