Série Substrato Cerâmico: Introdução à Tecnologia de Processamento de Polimento a Laser
1. Vantagens dos substratos cerâmicos
Em comparação com metais, compósitos à base de metal e substratos de resina,substratos cerâmicospossuem excelente condutividade térmica,
Isolamento elétrico, estanqueidade a gases, propriedades mecânicas e propriedades dielétricas. São amplamente utilizados em áreas de alta tecnologia, como circuitos integrados, dispositivos semicondutores de alta potência, eletrônica de comunicação, indústria de LEDs, baterias de lítio, chips, indústria aeroespacial e de defesa nacional.
2. Primeira metade do processo de fabricação do substrato cerâmico
A cadeia industrial de substratos cerâmicos é relativamente longa, incluindo processos básicos como prensagem, sinterização e tratamento de superfície, sendo cada etapa crucial. Na primeira metade do processo de produção, técnicas como a moldagem por fita e a sinterização por desaglomeração apresentam conteúdo técnico extremamente elevado. No entanto, os produtos obtidos (comumente chamados de chapas verdes) não podem ser utilizados diretamente e requerem processamento posterior, como polimento e metalização.
3. Tecnologia de polimento a laser e suas aplicações
À medida que a indústria entra em um novo período de desenvolvimento, a aplicação de substratos cerâmicos torna-se cada vez mais comum, com exigências crescentes em relação à rugosidade e planicidade da superfície. O rápido desenvolvimento da tecnologia de polimento a laser oferece uma nova abordagem para o processamento inteligente e eficiente de substratos cerâmicos.
A tecnologia de polimento a laser é uma tecnologia de polimento industrial altamente promissora, caracterizada por ser livre de poluição, ter ampla aplicação, qualidade de polimento estável e fácil automação. Seu princípio envolve a fusão ou vaporização da superfície do material induzida por laser, impulsionando o fluxo de metal fundido sob ação capilar ou termocapilar, preenchendo assim os picos e vales para obter uma superfície lisa.
A tecnologia de polimento a laser pode ser aplicada para polir diversos tipos de materiais, como metais, vidro e cerâmica. Comparado às técnicas de polimento tradicionais, o polimento a laser apresenta vantagens inerentes em aplicações industriais e encontra ampla aplicação nos setores aeroespacial, automotivo, de moldes, de equipamentos médicos, de óptica e de fabricação de semicondutores.
4. Técnicas comuns de polimento de substratos cerâmicos
As técnicas comuns de polimento de substratos cerâmicos incluem:
(1) Polimento Químico Mecânico (CMP)
Um método que utiliza o efeito combinado da corrosão da solução de polimento e da remoção mecânica, onde o pó é mais macio do que as propriedades mecânicas da peça de trabalho, permitindo reações em fase sólida com a peça durante o movimento de deslizamento, resultando na remoção de material.
(2) Polimento por fluxo abrasivo assistido por vibração ultrassônica
Este método consiste em colocar a peça de trabalho em uma suspensão abrasiva e submetê-la a vibrações ultrassônicas, o que faz com que as partículas abrasivas impactem e polam a superfície da peça, obtendo-se o polimento por meio do microcorte das saliências na superfície.
(3) Polimento eletroforético
Um método de polimento sem contato e não destrutivo que aplica o fenômeno da eletroforese em peças cerâmicas. Através da colisão contínua e do microcorte causado pela colisão de partículas, a superfície cerâmica sofre microfadiga e um fino sulcamento.
(4) Polimento eletrolítico
Também conhecido como polimento eletroquímico, esse método utiliza a peça de trabalho como ânodo e um metal insolúvel como cátodo, sob condições adequadas de eletrólito e densidade de corrente, suavizando gradualmente a superfície da peça e, assim, aumentando seu brilho.
5. Polimento de substratos cerâmicos com diferentes materiais
Os substratos cerâmicos incluem principalmente alumina (Al₂O₃), nitreto de silício (Si₃N₄) e nitreto de alumínio (AlN). Devido à alta dureza, fragilidade, suscetibilidade a fissuras e dificuldade de processamento superficial dos substratos cerâmicos, o desempenho e a estrutura de diferentes materiais cerâmicos variam. Portanto, a seleção de técnicas de polimento adequadas é essencial para alcançar resultados de processamento significativos.
(1) Polimento de substrato cerâmico de Al2O3
Os substratos cerâmicos de Al2O3 exibem alta resistência mecânica, dureza, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, alta transmitância luminosa, estabilidade química e alta resistência ao choque térmico. Atualmente, são os materiais cerâmicos mais utilizados na área da tecnologia eletrônica.
(2)Polimento de substrato cerâmico Si3N4
Os substratos cerâmicos de Si3N4 são atóxicos, possuem baixa constante dielétrica, alta resistência mecânica, alta tenacidade à fratura, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão e alta resistência ao impacto. Encontram ampla aplicação em amortecedores automotivos, motores, IGBTs automotivos, transporte, aeroespacial e outros campos. O polimento químico-mecânico (CMP) é o principal método de polimento para substratos cerâmicos de Si3N4.
(3)Polimento de substrato cerâmico de AlN
Os substratos cerâmicos de AlN, como materiais cerâmicos de alta condutividade térmica, apresentam uma condutividade térmica de 150 W·m⁻¹·K⁻¹ a 230 W·m⁻¹·K⁻¹, o que é mais de 8 vezes superior à das cerâmicas de Al₂O₃. Com excelente desempenho de dissipação de calor, resistência à corrosão, baixa constante dielétrica, baixa perda dielétrica e não toxicidade, os substratos cerâmicos de AlN podem atender aos requisitos de dissipação de calor de circuitos integrados de grande escala, tornando-os materiais ideais para substituir os substratos cerâmicos de Al₂O₃, SiC e BeO na indústria eletrônica.
Como material de substrato para circuitos integrados e laminados revestidos de cobre, a qualidade da superfície dos substratos cerâmicos afeta diretamente a vida útil e a confiabilidade dos dispositivos de processamento. Com o desenvolvimento da integração de dispositivos, miniaturização e alta confiabilidade, os requisitos futuros para a qualidade da superfície dos substratos cerâmicos se tornarão cada vez mais rigorosos. A aplicação de tecnologias de processamento de substratos cerâmicos certamente enfrentará desafios crescentes.
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