Les céramiques de nitrure d'aluminium (AlN), en tant que matériau doté d'excellentes conductivité thermique, propriétés mécaniques et propriétés électriques, ont été largement utilisées dans les circuits intégrés et les boîtiers électroniques à grande échelle ces dernières années. Ses excellentes propriétés en font un substrat de refroidissement et un matériau d’emballage idéal. Cependant, en raison de la dureté élevée, de la grande fragilité et de la faible ténacité des céramiques de nitrure d'aluminium, des défauts de surface et des dommages souterrains se produisent facilement pendant le traitement. Afin de répondre à la demande de surface ultra-lisse des circuits intégrés, la surface polie du substrat en nitrure d'aluminium doit atteindre une planéité extrêmement élevée et une faible rugosité de surface. Cela fait également que la manière de réduire efficacement les défauts et les dommages lors du traitement est devenue un sujet de recherche important dans le domaine de l'usinage d'ultra-précision. Ces dernières années, la technologie de polissage assisté par plasma (PAP) est progressivement devenue un moyen important de polissage des céramiques en nitrure d'aluminium en raison de son traitement efficace des matériaux difficiles à traiter.
Caractéristiques et défis de traitement des céramiques de nitrure d'aluminium
Les céramiques de nitrure d'aluminium ont non seulement une excellente conductivité thermique, mais ont également une résistance à la corrosion et de bonnes propriétés électriques. Ces caractéristiques le rendent largement utilisé dans les composants électroniques hautes performances, en particulier dans les emballages d'appareils électroniques où une dissipation thermique efficace est requise. La conception légère du substrat en nitrure d'aluminium peut réduire efficacement le volume des appareils électroniques, tout en réduisant la résistance interne du boîtier, ce qui favorise la dissipation thermique de la puce. Cependant, la dureté et la fragilité de la céramique de nitrure d'aluminium le rendent très facile à produire lors du processus d'usinage. Des dommages mécaniques, provoquant des microfissures de surface, des piqûres et des défauts de surface. Ces défauts affectent non seulement la résistance mécanique du matériau, mais peuvent également réduire les performances de dissipation thermique et les propriétés électriques, ce qui affecte la stabilité du dispositif électronique et sa durée de vie. Par conséquent, dans le traitement des céramiques de nitrure d'aluminium, la manière d'obtenir une surface ultra-lisse, de réduire la rugosité de la surface et de réduire la profondeur des dommages est toujours au centre des préoccupations des entreprises manufacturières et des instituts de recherche.
Bien que la méthode de polissage mécanique traditionnelle puisse atteindre une certaine planéité de surface, elle est facile à causer de nombreux dommages mécaniques et il est difficile de répondre efficacement à la demande de haute précision des circuits intégrés actuels. En revanche, la technologie de polissage assisté par plasma constitue une solution efficace pour le traitement des substrats en nitrure d'aluminium.
Présentation de la technologie de polissage assisté par plasma (PAP)
Le polissage assisté par plasma (PAP) est une combinaison de modification au plasma et d'abrasif doux pour éliminer la technologie de polissage à sec. Le principe est de modifier la surface de la céramique de nitrure d'aluminium par irradiation plasma, de sorte que les propriétés chimiques de la surface soient modifiées, puis l'abrasif doux est utilisé pour éliminer le matériau sous la basse pression suivante. Comparé au polissage mécanique traditionnel, le polissage assisté par plasma peut réduire efficacement la concentration de contraintes de surface et réduire les dommages mécaniques lors du processus de polissage. Le plasma de la technologie PAP stimule principalement la surface de la céramique de nitrure d'aluminium pour former une couche modifiée, plus facile à éliminer par un abrasif, réduisant ainsi considérablement les fissures de surface et les défauts microscopiques causés par l'action mécanique. De plus, la méthode de traitement sans contact du plasma réduit le contact direct entre l'outil abrasif et la pièce, réduisant ainsi la force de frottement et réduisant encore les dommages souterrains.
Technique PAP dans l'application du polissage céramique au nitrure d'aluminium et avantages
1. Réduire les défauts de surface : étant donné que la technologie PAP modifie les propriétés de surface des matériaux par irradiation plasma, l'élimination des matériaux de surface dépend principalement de l'action conjointe des effets chimiques et physiques, de sorte qu'elle peut réduire efficacement les microfissures et les bosses générées dans les processus mécaniques. processus de polissage. Dans les applications de puces de circuits intégrés, une rugosité de surface Ra ≤ 8 nm est une exigence courante, et la technologie PAP peut mieux atteindre cet objectif tout en maintenant la profondeur des dommages au niveau nanométrique. Ceci est d'une grande importance pour améliorer la qualité globale de traitement du substrat en nitrure d'aluminium.
2. Réduire les dommages souterrains : les méthodes de polissage traditionnelles provoquent souvent une concentration de contraintes à l'intérieur du matériau lors de l'enlèvement du matériau, ce qui entraîne des dommages souterrains invisibles. Ces dommages sont souvent difficiles à détecter par observation de surface, mais peuvent affecter de manière significative les propriétés mécaniques et thermiques du matériau. La technologie de polissage assisté par plasma réduit considérablement la formation de défauts sous la surface en réduisant le contact mécanique et les forces de meulage, garantissant ainsi l'intégrité du matériau.
3. Améliorer la précision du traitement : la technologie PAP peut contrôler avec précision l'énergie et le temps d'irradiation du plasma, ajuster le taux d'élimination du matériau et l'épaisseur de la couche de modification de surface, et ainsi obtenir un effet de polissage de plus grande précision. Pour les substrats céramiques en nitrure d'aluminium qui nécessitent une précision de surface extrêmement élevée, la technologie PAP peut atteindre un lissé de surface RMS < 2 nm, ce qui est particulièrement important pour l'industrie des semi-conducteurs et de l'emballage électronique.
4. Protection de l'environnement du traitement à sec : la technologie PAP, en tant que processus de polissage à sec, n'a pas besoin d'utiliser une grande quantité de liquide de polissage, réduisant ainsi les déchets chimiques générés lors du processus de polissage, conformément aux exigences de l'industrie manufacturière moderne en matière d'environnement. protection et développement durable. De plus, l'utilisation de produits chimiques est réduite, ce qui réduit également les coûts et la pollution de l'environnement.
Limitations et développement futur de la technologie PAP
Bien que le polissage assisté par plasma dans le processus d'usinage de la céramique de nitrure d'aluminium présente de nombreux avantages, il présente également certaines limites. Tout d’abord, par rapport au polissage mécanique traditionnel, le coût de l’équipement est plus élevé et le taux d’enlèvement de matière est relativement faible, ce qui limite son application dans le traitement à grande échelle. De plus, en raison de la petite plage d'irradiation du plasma, la zone de traitement est limitée, ce qui limite dans une certaine mesure l'application du PAP dans le traitement de substrats de grande taille.
À l'avenir, les recherches sur la technologie PAP devraient se concentrer sur l'amélioration du taux d'enlèvement de matière et du rapport coût-bénéfice des équipements. Dans le même temps, combiné à d'autres technologies avancées d'usinage d'ultra-précision, telles que le polissage assisté par laser ou le polissage par faisceau d'ions, ce sera un moyen efficace d'améliorer l'efficacité et la qualité du polissage de la céramique de nitrure d'aluminium.
Conclusion
La technologie de polissage assistée par plasma, avec une réduction significative des défauts de surface d'usinage de la céramique en nitrure d'aluminium et des dommages de surface avantageux, devient progressivement l'une des technologies importantes dans le domaine de l'usinage d'ultra-précision. Bien que le coût de l'équipement soit élevé et le taux d'enlèvement de matière faible, avec les progrès continus de la technologie et l'expansion des applications, la technologie PAP devrait devenir à l'avenir l'un des principaux moyens de traitement pour traiter les matériaux de haute dureté et de haute fragilité. . Dans le domaine des semi-conducteurs et des emballages électroniques, la technologie PAP a de larges perspectives d'application et mérite des recherches et une promotion plus approfondies.
