Коригирано: В областта на електронните опаковки керамичните субстрати от алуминиев оксид, благодарение на отличната си изолация, топлопроводимост и механична якост, служат като основен материал за вериги с дебел-слой, схеми с тънък-слой и високо-прецизни електронни устройства.
Тъй като електронните устройства се стремят към миниатюризация, висока мощност и високи честоти, изискванията за производителност на алуминиеви субстрати стават все по-взискателни. Усъвършенстването на зърното и уплътняването се очертават като двата основни метода на процеса за подобряване на производителността на алуминиеви субстрати. Разбирането на конотациите, разликите и връзките между тези две концепции е от голямо значение за оптимизиране на процесите на подготовка и получаване на субстрати с висока-производителност.
Конотацията и значението на рафинирането на зърното
Усъвършенстването на зърната се отнася до намаляване на размера на зърната в рамките на керамичния материал. По-фините зърна обикновено водят до по-висока здравина, твърдост и издръжливост. Принципът зад това е връзката на Хол-Петч: здравината на материала е обратно пропорционална на корен квадратен от размера на зърното. Повече граници на зърното подобряват способността да се възпрепятства разпространението на пукнатини. За субстрати от алуминиев оксид значението на усъвършенстването на зърното е многостранно:
Подобряване на механичната якост: Чрез оптимизиране на процеса за контролиране на средния размер на зърното на алуминиевия субстрат до около 1,1 μm, неговата якост на огъване може да достигне (440 ± 25) MPa, което значително повишава устойчивостта на субстрата към повреда.
Подобряване на повърхностното покритие: По-фините зърна водят до повърхностна грапавост (Ra), която може да достигне нанометрово ниво след полиране. Това е от решаващо значение за адхезията на вериги с дебел-слой и тънък-слой, особено при приложения с висока-честота и висока{4}}прецизност.
Намаляване на диелектричните загуби: Фино-зърнестата структура обикновено предполага по-малко дефекти по границите на зърното, което спомага за намаляване на затихването на високо-честотните сигнали по време на предаване.
Разликата и връзката между рафинирането на зърното и уплътняването
Основната разлика между двете е в техния обект на изследване и ниво на действие. Усъвършенстването на зърната е оптимизация на микроструктурата, насочена към по-фини и еднородни зърна, като по този начин се подобряват механичните свойства и качеството на повърхността. Уплътняването е подобряване на физическото състояние, насочено към елиминиране на вътрешните пори в керамиката, като по този начин се подобряват топлинните, електрическите свойства и надеждността.
По време на процеса на синтероване на керамика (процесът на нагряване на праха в плътно тяло), рафинирането на зърното и уплътняването се случват едновременно, но се конкурират помежду си.
Идеален сценарий: Постигане на пълно уплътняване, преди да настъпи растеж на зърната, което води до „фин-зърнеста + напълно плътна“ структура.
Практическо противоречие: Високо{0}}температурното синтероване, макар и полезно за уплътняване, може лесно да доведе до нагрубяване на зърната. Обратно, ниско{2}}температурното синтероване, макар и да възпрепятства растежа на зърната, може да остави пори, които оказват влияние върху топлопроводимостта и изолационните свойства.