Im Bereich der mikroelektronischen Verpackung werden Aluminiumnitridkeramiken aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, mechanischen Festigkeit und elektrischen Eigenschaften nach und nach zum bevorzugten Material für Hochleistungs-Chipkühlsubstrate. Aufgrund seiner hohen Härte und Sprödigkeit kann es jedoch bei der Verarbeitung leicht zu Mikrorissen an der Oberfläche und Schäden unter der Oberfläche kommen, die sich direkt auf die endgültigen Eigenschaften und Anwendungseffekte des Materials auswirken. Daher ist die Frage, wie der Prozess des chemisch-mechanischen Polierens (CMP) von Aluminiumnitridkeramiken optimiert werden kann, um diese Verarbeitungsfehler wirksam zu reduzieren oder zu beseitigen, zu einem heißen und schwierigen Punkt in der aktuellen Forschung geworden.
Aluminiumnitridkeramik ist ein fortschrittliches Hochleistungsmaterial mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 200–300 W/m·K, weit über herkömmlichen Keramikmaterialien) und hervorragenden mechanischen Eigenschaften (hohe Härte, hohe Festigkeit). , ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sowie gute elektrische Isolations- und Schweißbarkeitseigenschaften. Es hat ein großes Potenzial im Bereich der Mikroelektronik gezeigt, insbesondere bei Kühlsubstraten und Verpackungsmaterialien für hochintegrierte Schaltkreise (ics). Das Leichtbaudesign des AlN-Substrats reduziert nicht nur effektiv das Volumen und Gewicht elektronischer Geräte, sondern reduziert auch den Wärmewiderstand durch seine ultraglatte Oberfläche (ideale Oberflächenrauheit Ra ≤ 8 nm) erheblich und erfordert sogar Oberflächengenauigkeit RMS < 2 nm nach dem Polieren), wodurch die Wärmeableitungseffizienz des Chips optimiert wird, was für die Verbesserung der Gesamtleistung und Zuverlässigkeit integrierter Schaltkreise von entscheidender Bedeutung ist.
Allerdings stellen die hohe Härte (Mohs-Härte von ca. 9), die hohe Sprödigkeit und die relativ geringe Bruchzähigkeit von Aluminiumnitrid-Keramik große Herausforderungen an die Präzisionsbearbeitung, insbesondere die Oberflächenglättung. Bei der Verarbeitung kommt es leicht zu Oberflächenkratzern, Mikrorissen und anderen Defekten sowie zu schwer erkennbaren Schäden unter der Oberfläche, die sich direkt auf die Leistung und Lebensdauer des Materials auswirken. Daher ist die Frage, wie eine effiziente und qualitativ hochwertige Glättung der Oberfläche von Aluminiumnitridkeramik erreicht und Verarbeitungsfehler reduziert werden können, zu einem Schlüsselproblem geworden, das im Bereich der Materialwissenschaften und -technik gelöst werden muss.
Der Kern des chemisch-mechanischen Polierprozesses von Aluminiumnitridkeramik besteht darin, die Feinbearbeitung und flache Behandlung der Materialoberfläche durch die doppelte Wirkung von chemischer Korrosion und mechanischer Reibung zu erreichen. Dieser Prozess kann nicht nur die Oberflächenrauheit des Materials deutlich verbessern, sondern auch den Oberflächenspannungszustand des Materials bis zu einem gewissen Grad anpassen, um so die Gesamtleistung zu verbessern. Beim herkömmlichen CMP-Prozess ist es jedoch oft schwierig, die Verarbeitungseffizienz und Oberflächenqualität bei der Verarbeitung von Aluminiumnitridkeramik in Einklang zu bringen, insbesondere bei der Vermeidung von Mikrorissen und Schäden unter der Oberfläche.
Es ist erwähnenswert, dass im Vergleich zu ausgereifteren Halbleitermaterialien wie Siliziumkarbid noch einige Forschungslücken bei der Auswahl von Schleifmitteln, den Arten von Polierpads und dem Optimierungsprozess von Aluminiumnitridkeramik im CMP-Prozess bestehen. Mit dem tiefgreifenden Verständnis der Eigenschaften von Aluminiumnitrid-Keramikmaterialien und der kontinuierlichen Innovation der CMP-Technologie wird erwartet, dass in Zukunft ein effizienteres, umweltfreundlicheres und für Aluminiumnitrid-Keramik geeignetes CMP-Prozesssystem entwickelt und weiter vorangetrieben wird seine breite Anwendung im Bereich der Hochleistungs-Elektronikverpackung.
Um das Problem zu lösen, dass die Oberfläche von Aluminiumnitrid nach der Verarbeitung anfällig für Mikrorisse und Schäden unter der Oberfläche ist, müssen viele Aspekte berücksichtigt werden:
1. Optimieren Sie die Formulierung der Polierflüssigkeit: Entwickeln Sie Polierflüssigkeit mit höherer Selektivität, die die Oberfläche des Materials effektiver entfernen kann, ohne seine innere Struktur zu beschädigen. Gleichzeitig werden pH-Wert, Konzentration und Zusatzstoffart der Polierflüssigkeit angepasst, um die chemische Erosion der Aluminiumnitridkeramik zu reduzieren und das Risiko von Mikrorissen zu verringern.
2. Verbessern Sie die Auswahl an Polierpads und Schleifmitteln: Wählen Sie Polierpads mit mäßiger Härte und guter Verschleißfestigkeit sowie Schleifpartikel mit gleichmäßiger Partikelgrößenverteilung und regelmäßiger Form, um die mechanische Spannungskonzentration während der Verarbeitung zu reduzieren und Schäden unter der Oberfläche zu vermeiden.
3. Präzise Steuerung der Polierparameter: einschließlich Polierdruck, Rotationsgeschwindigkeit, Polierzeit usw. Die angemessene Einstellung dieser Parameter kann sich direkt auf den Poliereffekt und die Verarbeitungsqualität auswirken. Durch die Feinabstimmung dieser Parameter ist es möglich, Oberflächenfehler zu minimieren und gleichzeitig die Verarbeitungseffizienz sicherzustellen.
4. Einführung fortschrittlicher Erkennungs- und Feedback-Technologie: Das Online-Überwachungs- und Feedback-System wird in den CMP-Prozess eingeführt, um die Qualität der bearbeiteten Oberfläche in Echtzeit zu erkennen und die Polierparameter entsprechend den Feedback-Ergebnissen rechtzeitig anzupassen, um das intelligente und zu realisieren Feinsteuerung des Verarbeitungsprozesses.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Optimierung und Verbesserung des chemisch-mechanischen Polierprozesses von Aluminiumnitridkeramiken der Schlüssel zur Lösung von Mikrorissen und unterirdischen Schäden an der Aluminiumnitridoberfläche nach der Bearbeitung ist. Durch die umfassende Anwendung der oben genannten Strategien können die Verarbeitungsqualität und Anwendungsleistung von Aluminiumnitridkeramiken erheblich verbessert und die breite Anwendung und Entwicklung von Aluminiumnitridkeramiken im Bereich der Mikroelektronikverpackung gefördert werden.
