Série de 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 cerâmicostem excelente condutividade térmica,
isolamento elétrico, estanqueidade a gases, propriedades mecânicas e propriedades dielétricas. Eles são amplamente utilizados em campos de alta tecnologia, como circuitos integrados, dispositivos semicondutores de alta potência, eletrônica de comunicação, indústria de LED, baterias de lítio, chips, aeroespacial e indústrias de defesa nacional.
2、Primeira Metade do Processo de Fabricação de Substrato Cerâmico
A cadeia industrial de substratos cerâmicos é relativamente longa, incluindo processos básicos como prensagem, sinterização e processamento de superfície, sendo cada etapa crucial. Na primeira metade do processo produtivo, técnicas como tape casting e debinding sintering possuem altíssimo conteúdo técnico. No entanto, os produtos obtidos (comumente denominados folhas 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 produção entra num novo período de desenvolvimento, a aplicação de substratos cerâmicos está a tornar-se cada vez mais difundida, com requisitos mais elevados de rugosidade e planicidade superficial. O rápido desenvolvimento da tecnologia de polimento a laser fornece uma nova abordagem para o processamento de polimento inteligente e eficiente de substratos cerâmicos.
A tecnologia de polimento a laser é uma tecnologia de polimento industrial altamente promissora, caracterizada por ampla aplicação, livre de poluição, qualidade de polimento estável e fácil automação. Seu princípio envolve a fusão ou vaporização induzida por laser da superfície do material, conduzindo o fluxo de metal fundido sob ação capilar ou capilar térmica, preenchendo assim os picos e vales para obter uma superfície lisa.
A tecnologia de polimento a laser pode ser aplicada para polir vários tipos de materiais, como metais, vidro e cerâmica. Comparado às técnicas tradicionais de polimento, o polimento a laser tem vantagens inerentes em aplicações industriais e encontra ampla aplicação na indústria aeroespacial, automotiva, moldes, equipamentos médicos, óptica e fabricação de semicondutores.
4、Técnicas comuns de polimento de substrato cerâmico
As técnicas comuns de polimento de substrato cerâmico incluem:
(1) Polimento Químico Mecânico (CMP)
Método que utiliza o efeito combinado de corrosão da solução de polimento e remoção mecânica, onde o pó é mais macio que as propriedades mecânicas da peça, permitindo reações de fase sólida com a peça durante o movimento de deslizamento, resultando na remoção de material.
(2) Polimento de fluxo abrasivo assistido por vibração ultrassônica
Este método envolve colocar a peça em uma suspensão abrasiva e submetê-la à vibração ultrassônica, que faz com que as partículas abrasivas impactem e dêem polimento à superfície da peça, conseguindo o polimento por microcorte das saliências na superfície.
(3) Polimento Eletroforético
Um método de polimento sem contato e não destrutivo que aplica o fenômeno da eletroforese a peças cerâmicas. Através de colisão contínua e microcorte causado pela colisão de partículas, a superfície cerâmica sofre microfadiga e aragem fina.
(4) Polimento Eletrolítico
Também conhecido como polimento eletroquímico, este método utiliza a peça como ânodo e um metal insolúvel como cátodo, sob condições adequadas de eletrólito e densidade de corrente, alisando gradativamente a superfície da peça, aumentando assim 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 rachaduras e dificuldade no processamento superficial de substratos cerâmicos, o desempenho e a estrutura de diferentes materiais cerâmicos variam. Portanto, selecionar técnicas de polimento apropriadas é essencial para obter efeitos de processamento significativos.
(1) Polimento de substrato cerâmico Al2O3
Os substratos cerâmicos Al2O3 apresentam alta resistência mecânica, dureza, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, alta transmitância de luz, estabilidade química e alta resistência ao choque térmico. Atualmente são os materiais cerâmicos mais utilizados no campo da tecnologia eletrônica.
(2)Polimento cerâmico da carcaça Si3N4
Os substratos cerâmicos Si3N4 não são tóxicos, possuem baixa constante dielétrica, alta resistência mecânica, alta tenacidade à fratura, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão e forte resistência ao impacto. Eles encontram amplas aplicações em amortecedores automotivos, motores, IGBTs automotivos, transporte, aeroespacial e outros campos. CMP é o principal método de polimento para substratos cerâmicos Si3N4.
(3)Polimento de substrato cerâmico AlN
Os substratos cerâmicos de AlN, como materiais cerâmicos de alta condutividade térmica, têm uma condutividade térmica de 150W·m−1·K−1 a 230W·m−1·K−1, que é mais de 8 vezes maior que a da cerâmica 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 Al2O3, SiC e BeO substratos cerâmicos 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 back-end. 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 enfrentará, sem dúvida, cada vez mais desafios.
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