Aluminiumnitrid (AlN)-Keramik als Material mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, mechanischen Eigenschaften und elektrischen Eigenschaften wurde in den letzten Jahren in großem Umfang in integrierten Schaltkreisen und elektronischen Gehäusen eingesetzt. Seine hervorragenden Eigenschaften machen es zu einem idealen Kühlsubstrat und Verpackungsmaterial. Aufgrund der hohen Härte, Sprödigkeit und geringen Bruchzähigkeit von Aluminiumnitrid-Keramik kommt es bei der Verarbeitung jedoch leicht zu Oberflächendefekten und Schäden unter der Oberfläche. Um die Nachfrage nach einer ultraglatten Oberfläche integrierter Schaltkreise zu erfüllen, muss die polierte Oberfläche des Aluminiumnitrid-Substrats<2 eine extrem hohe Ebenheit und eine geringe Oberflächenrauheit erreichen. Daher ist auch die wirksame Reduzierung von Fehlern und Schäden bei der Bearbeitung zu einem wichtigen Forschungsthema im Bereich der Ultrapräzisionsbearbeitung geworden. In den letzten Jahren hat sich die plasmaunterstützte Poliertechnologie (PAP) aufgrund ihrer effektiven Behandlung schwer zu verarbeitender Materialien nach und nach zu einem wichtigen Mittel zum Polieren von Aluminiumnitridkeramiken entwickelt.
Eigenschaften und Verarbeitungsherausforderungen von Aluminiumnitridkeramik
Aluminiumnitridkeramik verfügt nicht nur über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, sondern auch über Korrosionsbeständigkeit und gute elektrische Eigenschaften. Aufgrund dieser Eigenschaften wird es häufig in elektronischen Hochleistungskomponenten eingesetzt, insbesondere in der Verpackung elektronischer Geräte, wo eine effiziente Wärmeableitung erforderlich ist. Das leichte Design des Aluminiumnitrid-Substrats kann das Volumen elektronischer Geräte effektiv reduzieren und gleichzeitig den Innenwiderstand des Gehäuses verringern, was der Wärmeableitung des Chips zuträglich ist. Die Härte und Sprödigkeit der Aluminiumnitridkeramik führt jedoch dazu, dass es bei der Bearbeitung sehr leicht zu mechanischen Schäden kommt, die zu Mikrorissen, Grübchen und Oberflächendefekten auf der Oberfläche führen. Diese Mängel beeinträchtigen nicht nur die mechanische Festigkeit des Materials, sondern können auch die Wärmeableitungsleistung und die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen, was sich auf die Stabilität des elektronischen Geräts und die Lebensdauer auswirkt. Daher steht bei der Verarbeitung von Aluminiumnitrid-Keramik die Frage, wie man eine ultraglatte Oberfläche erhält, die Oberflächenrauheit verringert und die Schadenstiefe verringert, stets im Fokus von produzierenden Unternehmen und Forschungseinrichtungen.
Obwohl mit der herkömmlichen mechanischen Poliermethode eine gewisse Oberflächenebenheit erreicht werden kann, kann es leicht zu großen mechanischen Schäden kommen, und es ist schwierig, die hohen Präzisionsanforderungen aktueller integrierter Schaltkreise effektiv zu erfüllen. Im Gegensatz dazu bietet die plasmaunterstützte Poliertechnologie eine effektive Lösung für die Bearbeitung von Aluminiumnitrid-Substraten.
Überblick über die Technologie des plasmaunterstützten Polierens (PAP)
Plasmaunterstütztes Polieren (PAP) ist eine Kombination aus Plasmamodifikation und weichem Schleifmittel zur Trockenpoliertechnologie. Das Prinzip besteht darin, die Oberfläche von Aluminiumnitrid-Keramik durch Plasmabestrahlung zu modifizieren, sodass die chemischen Eigenschaften der Oberfläche verändert werden, und dann wird das weiche Schleifmittel verwendet, um das Material unter dem folgenden niedrigen Druck zu entfernen. Im Vergleich zum herkömmlichen mechanischen Polieren kann das plasmaunterstützte Polieren die Oberflächenspannungskonzentration effektiv reduzieren und den mechanischen Schaden im Polierprozess verringern. Das Plasma in der PAP-Technologie stimuliert hauptsächlich die Oberfläche der Aluminiumnitridkeramik zur Bildung einer modifizierten Schicht, die durch Schleifmittel leichter entfernt werden kann, wodurch die durch mechanische Einwirkung verursachten Oberflächenrisse und mikroskopischen Defekte erheblich reduziert werden. Darüber hinaus reduziert die berührungslose Bearbeitungsmethode des Plasmas den direkten Kontakt zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück, wodurch die Reibungskraft verringert und die Beschädigung unter der Oberfläche weiter reduziert wird.
PAP-Technik bei der Anwendung des Aluminiumnitrid-Keramikpolierens und Vorteile
1. Oberflächenfehler reduzieren: Da die PAP-Technologie die Oberflächeneigenschaften von Materialien durch Plasmabestrahlung verändert, hängt die Entfernung von Oberflächenmaterialien hauptsächlich von der gemeinsamen Wirkung chemischer und physikalischer Effekte ab, sodass in der Mechanik erzeugte Mikrorisse und Dellen wirksam reduziert werden können Poliervorgang. Bei Chipanwendungen für integrierte Schaltkreise ist eine Oberflächenrauheit Ra ≤ 8 nm eine häufige Anforderung, und die PAP-Technologie kann dieses Ziel besser erreichen und gleichzeitig die Schadenstiefe auf Nanometerebene halten. Dies ist von großer Bedeutung für die Verbesserung der gesamten Verarbeitungsqualität des Aluminiumnitridsubstrats.
2. Reduzieren Sie Schäden unter der Oberfläche: Herkömmliche Poliermethoden verursachen beim Materialabtrag häufig eine Spannungskonzentration im Material, was zu unsichtbaren Schäden unter der Oberfläche führt. Diese Schäden sind durch Oberflächenbeobachtung oft schwer zu erkennen, können jedoch die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Materials erheblich beeinträchtigen. Die plasmaunterstützte Poliertechnologie reduziert die Bildung von Defekten unter der Oberfläche erheblich, indem sie den mechanischen Kontakt und die Schleifkräfte reduziert und so die Materialintegrität gewährleistet.
3. Verbessern Sie die Verarbeitungsgenauigkeit: Die PAP-Technologie kann die Energie und Bestrahlungszeit des Plasmas genau steuern, die Abtragsrate des Materials und die Dicke der Oberflächenmodifikationsschicht anpassen und so einen Poliereffekt mit höherer Präzision erzielen. Bei Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten, die eine extrem hohe Oberflächengenauigkeit erfordern, kann mit der PAP-Technologie eine Oberflächenglätte von RMS < 2 nm erreicht werden, was besonders wichtig für die Halbleiter- und Elektronikverpackungsindustrie ist.
4. Umweltschutz bei der Trockenbearbeitung: Bei der PAP-Technologie als Trockenpolierverfahren ist keine große Menge an Polierflüssigkeit erforderlich, wodurch der beim Polieren entstehende chemische Abfall reduziert wird, was den Anforderungen der modernen Fertigungsindustrie an die Umwelt entspricht Schutz und nachhaltige Entwicklung. Darüber hinaus wird der Einsatz von Chemikalien reduziert, was ebenfalls Kosten und Umweltbelastungen reduziert.
Einschränkungen und zukünftige Entwicklung der PAP-Technologie
Obwohl das plasmaunterstützte Polieren im Bearbeitungsprozess von Aluminiumnitridkeramik viele Vorteile aufweist, weist es auch einige Einschränkungen auf. Erstens sind bei der PAP-Technologie im Vergleich zum herkömmlichen mechanischen Polieren die Gerätekosten höher und die Materialabtragsrate relativ niedrig, was ihre Anwendung bei der Verarbeitung in großem Maßstab einschränkt. Darüber hinaus ist aufgrund des geringen Bestrahlungsbereichs von Plasma die Verarbeitungsfläche begrenzt, was die Anwendung von PAP bei der Verarbeitung großformatiger Substrate in gewissem Maße einschränkt.
Zukünftig soll der Forschungsschwerpunkt der PAP-Technologie auf der Verbesserung des Materialabtrags und des Kosten-Nutzen-Verhältnisses von Anlagen liegen. Gleichzeitig wird es in Kombination mit anderen fortschrittlichen Ultrapräzisionsbearbeitungstechnologien wie laserunterstütztem Polieren oder Ionenstrahlpolieren eine wirksame Möglichkeit sein, die Effizienz und Qualität des Aluminiumnitrid-Keramikpolierens zu verbessern.
Schlussfolgerung
Die plasmaunterstützte Poliertechnologie, die bei der Aluminiumnitrid-Keramikbearbeitung Oberflächendefekte und Oberflächenschäden deutlich reduziert, hat sich nach und nach zu einer der wichtigsten Technologien im Bereich der Ultrapräzisionsbearbeitung entwickelt. Obwohl die Ausrüstungskosten hoch und die Materialentfernungsrate niedrig sind, wird die PAP-Technologie angesichts des kontinuierlichen technologischen Fortschritts und der Erweiterung der Anwendungen voraussichtlich in Zukunft zu einem der wichtigsten Verarbeitungsmittel für den Umgang mit Materialien mit hoher Härte und hoher Sprödigkeit werden . Im Bereich der Halbleiter- und Elektronikverpackung hat die PAP-Technologie eine breite Anwendungsperspektive und ist weiterer Forschung und Förderung wert.
