Korrigiert: Im Bereich der elektronischen Verpackung dienen Aluminiumoxidkeramiksubstrate aufgrund ihrer hervorragenden Isolierung, Wärmeleitfähigkeit und mechanischen Festigkeit als Grundmaterial für Dickschichtschaltungen, Dünnschichtschaltungen und hochpräzise elektronische Geräte.
Da bei elektronischen Geräten der Trend zu Miniaturisierung, hoher Leistung und hohen Frequenzen geht, werden die Leistungsanforderungen an Aluminiumoxidsubstrate immer anspruchsvoller. Kornverfeinerung und Verdichtung haben sich als die beiden wichtigsten Prozessrouten zur Verbesserung der Leistung von Aluminiumoxidsubstraten herausgestellt. Das Verständnis der Konnotationen, Unterschiede und Verbindungen zwischen diesen beiden Konzepten ist von großer Bedeutung für die Optimierung von Vorbereitungsprozessen und die Erzielung leistungsstarker Substrate.
Die Konnotation und Bedeutung der Getreideverfeinerung
Unter Kornverfeinerung versteht man die Reduzierung der Korngröße im Keramikmaterial. Feinere Körner führen im Allgemeinen zu höherer Festigkeit, Härte und Zähigkeit. Das Prinzip dahinter ist die Hall-Petch-Beziehung: Die Festigkeit eines Materials ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Korngröße. Mehr Korngrenzen verbessern die Fähigkeit, die Rissausbreitung zu verhindern. Bei Aluminiumoxid-Substraten ist die Bedeutung der Kornfeinung vielfältig:
Verbesserung der mechanischen Festigkeit: Durch die Optimierung des Prozesses zur Steuerung der durchschnittlichen Korngröße des Aluminiumoxidsubstrats auf etwa 1,1 μm kann seine Biegefestigkeit (440 ± 25) MPa erreichen, wodurch die Widerstandsfähigkeit des Substrats gegen Beschädigungen deutlich erhöht wird.
Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit: Feinere Körner führen zu einer Oberflächenrauheit (Ra), die nach dem Polieren den Nanometerbereich erreichen kann. Dies ist entscheidend für die Haftung von Dickfilm- und Dünnfilmschaltungen, insbesondere bei Hochfrequenz- und Präzisionsschaltungsanwendungen.
Reduzierung des dielektrischen Verlusts: Eine feinkörnige Struktur führt typischerweise zu weniger Korngrenzendefekten, was dazu beiträgt, die Dämpfung von Hochfrequenzsignalen während der Übertragung zu verringern.
Der Unterschied und Zusammenhang zwischen Kornverfeinerung und Verdichtung
Der wesentliche Unterschied zwischen beiden liegt in ihrem Forschungsgegenstand und ihrer Handlungsebene. Bei der Kornverfeinerung handelt es sich um eine Optimierung der Mikrostruktur mit dem Ziel, die Körner feiner und gleichmäßiger zu machen und dadurch die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächenqualität zu verbessern. Unter Verdichtung versteht man die Verbesserung des physikalischen Zustands mit dem Ziel, interne Poren innerhalb der Keramik zu beseitigen und dadurch die thermischen, elektrischen Eigenschaften und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Während des Keramiksinterprozesses (dem Prozess des Erhitzens von Pulver zu einem dichten Körper) erfolgen Kornverfeinerung und Verdichtung gleichzeitig, konkurrieren jedoch miteinander.
Ideales Szenario: Erreichen einer vollständigen Verdichtung vor dem Kornwachstum, was zu einer „fein{0}}körnigen + vollständig dichten“ Struktur führt.
Praktischer Widerspruch: Hochtemperatursintern ist zwar vorteilhaft für die Verdichtung, kann aber leicht zu einer Kornvergröberung führen. Umgekehrt kann das Sintern bei niedrigen Temperaturen zwar das Kornwachstum hemmen, aber Poren hinterlassen, die die Wärmeleitfähigkeit und die Isolationseigenschaften beeinträchtigen.