Série de substrats céramiques : Introduction à la technologie de traitement de polissage au laser
1. Avantages des substrats céramiques
Comparé aux métaux, aux composites à base de métal et aux substrats en résine,substrats en céramiqueavoir une excellente conductivité thermique,
isolation électrique, étanchéité aux gaz, propriétés mécaniques et propriétés diélectriques. Ils sont largement utilisés dans les domaines de haute technologie tels que les circuits intégrés, les dispositifs semi-conducteurs de haute puissance, l'électronique de communication, l'industrie des LED, les batteries au lithium, les puces, l'aérospatiale et les industries de la défense nationale.
2、Première moitié du processus de fabrication du substrat en céramique
La chaîne industrielle des substrats céramiques est relativement longue et comprend des processus de base tels que le pressage, le frittage et le traitement de surface, chaque étape étant cruciale. Dans la première moitié du processus de production, des techniques telles que le moulage de bandes et le frittage de déliantage ont un contenu technique extrêmement élevé. Cependant, les produits obtenus (communément appelés feuilles vertes) ne peuvent pas être utilisés directement et nécessitent des traitements ultérieurs tels que polissage et métallisation.
3. Technologie de polissage laser et ses applications
Alors que la fabrication entre dans une nouvelle période de développement, l’application de substrats céramiques devient de plus en plus répandue, avec des exigences plus élevées en matière de rugosité et de planéité de surface. Le développement rapide de la technologie de polissage laser offre une nouvelle approche pour un traitement de polissage intelligent et efficace des substrats céramiques.
La technologie de polissage au laser est une technologie de polissage industriel très prometteuse, caractérisée par une large application sans pollution, une qualité de polissage stable et une automatisation facile. Son principe implique la fusion ou la vaporisation induite par laser de la surface du matériau, entraînant le flux de métal en fusion par action capillaire ou capillaire thermique, remplissant ainsi les pics et les creux pour obtenir une surface lisse.
La technologie de polissage au laser peut être appliquée pour polir divers types de matériaux tels que les métaux, le verre et la céramique. Par rapport aux techniques de polissage traditionnelles, le polissage laser présente des avantages inhérents dans les applications industrielles et trouve de nombreuses applications dans la fabrication de l'aérospatiale, de l'automobile, des moules, des équipements médicaux, de l'optique et des semi-conducteurs.
4. Techniques courantes de polissage des substrats céramiques
Les techniques courantes de polissage des substrats céramiques comprennent :
(1) Polissage Mécanique Chimique (CMP)
Une méthode qui utilise l'effet combiné de la corrosion de la solution de polissage et de l'élimination mécanique, où la poudre est plus douce que les propriétés mécaniques de la pièce, permettant des réactions en phase solide avec la pièce pendant le mouvement de glissement, entraînant un enlèvement de matière.
(2) Polissage à flux abrasif assisté par vibrations ultrasoniques
Cette méthode consiste à placer la pièce dans une suspension abrasive et à la soumettre à des vibrations ultrasoniques, ce qui provoque l'impact des particules abrasives et le polissage de la surface de la pièce, obtenant ainsi un polissage par micro-coupe des saillies sur la surface.
(3) Polissage électrophorétique
Une méthode de polissage sans contact et non destructif appliquant le phénomène d’électrophorèse aux pièces en céramique. Grâce à une collision continue et à une micro-coupe provoquée par une collision de particules, la surface en céramique subit une micro-fatigue et un labour fin.
(4) Polissage électrolytique
Également connue sous le nom de polissage électrochimique, cette méthode utilise la pièce comme anode et un métal insoluble comme cathode, dans des conditions appropriées d'électrolyte et de densité de courant, lissant progressivement la surface de la pièce, augmentant ainsi sa luminosité.
5. Polissage de substrats céramiques avec différents matériaux
Les substrats céramiques comprennent principalement l'alumine (Al2O3), le nitrure de silicium (Si3N4) et le nitrure d'aluminium (AlN). En raison de la dureté élevée, de la fragilité, de la susceptibilité à la fissuration et de la difficulté de traitement de surface des substrats céramiques, les performances et la structure des différents matériaux céramiques varient. Par conséquent, la sélection de techniques de polissage appropriées est essentielle pour obtenir des effets de traitement significatifs.
(1) Polissage du substrat céramique Al2O3
Les substrats céramiques Al2O3 présentent une résistance mécanique, une dureté, une résistance aux températures élevées, une résistance à la corrosion, une transmission lumineuse élevée, une stabilité chimique et une résistance élevée aux chocs thermiques. Ce sont actuellement les matériaux céramiques les plus utilisés dans le domaine de la technologie électronique.
(2)Polissage du substrat en céramique Si3N4
Les substrats en céramique Si3N4 sont non toxiques, ont une faible constante diélectrique, une résistance mécanique élevée, une ténacité élevée, une résistance aux températures élevées, une résistance à la corrosion et une forte résistance aux chocs. Ils trouvent de nombreuses applications dans les amortisseurs automobiles, les moteurs, les IGBT automobiles, les transports, l'aérospatiale et d'autres domaines. Le CMP est la principale méthode de polissage pour les substrats céramiques Si3N4.
(3)Polissage du substrat céramique AlN
Les substrats céramiques AlN, en tant que matériaux céramiques à haute conductivité thermique, ont une conductivité thermique de 150 W·m−1.K−1 à 230 W·m−1·K−1, soit plus de 8 fois celle des céramiques Al2O3. Avec d'excellentes performances de dissipation thermique, une résistance à la corrosion, une faible constante diélectrique, une faible perte diélectrique et une non-toxicité, les substrats céramiques AlN peuvent répondre aux exigences de dissipation thermique des circuits intégrés à grande échelle, ce qui en fait des matériaux idéaux pour remplacer Al2O3, SiC et BeO. substrats céramiques dans l'industrie électronique.
En tant que matériau de substrat pour les circuits intégrés et les stratifiés cuivrés, la qualité de surface des substrats céramiques affecte directement la durée de vie et la fiabilité des dispositifs back-end. Avec le développement de l’intégration des dispositifs, de la miniaturisation et de la haute fiabilité, les exigences futures en matière de qualité de surface des substrats céramiques deviendront de plus en plus strictes. L’application des technologies de traitement des substrats céramiques sera sans aucun doute confrontée à de plus en plus de défis.
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