Введение: почему точность Si₃N₄ пластин и дисков имеет значение
В продвинутом производстве производительность целых систем часто зависит от плоских, размерно устойчивых керамических компонентов, измеряемых в микрометрах. Полупроводниковые ваферы должны быть сохраненыПлоскостность под-микрометраДиаметры 300 мм обеспечивают литографическое выравнивание. Эм модуль питания требует субстратовИдеальное соответствие теплопроводностиС медными слоями при обеспечении электрической изоляции. Спрос на аэрокосмические турбиныСтабильность размеров при 1200°C+Под центробежной нагрузкой.
Силиконовый нитрид (Si₃N₄) керамические плиты и диски стали материалом выбора для этих критически важных приложений, потому что они уникально сочетаютсяВысокая прочность (700-1000 мпа), исключительная прочность на разрыв (6-8 мпа · м)½, низкое тепловое расширение (3.2. 10- свойства не металл, полимер, или другие керамические могут поставлять одновременно.
Однако для достижения этих свойств в готовой форме пластинки и диска требуетсяТочный контроль над каждым этапом производства- от порошковой химии и параметров спекания до алмазного шлифования и окончательной полировки. Это техническое руководство подробно описывает полную точность цепи обработки, которая преобразует raw Si₃N₄ powder в готовые компоненты, соответствующие миру &#- 39; Самые требовательные спецификации.
Состав материала Si₃N₄ керамических пластин и дисков
Производительность готовых стальных пластин и дисков принципиально определяется их химическим составом и результирующей микроструктурой. Понимание этой взаимосвязи необходимо для того, чтобы определить правильный класс материала для каждого приложения.
Первичная фаза: β- si ₃N₄ (>90%)
Стартовый порошок α- si ₃N₄ проходит через преобразование раствора-перелива осадков во время спекания в формуУдлиненный грань-si грань грань- да. Эти иглоподобные кристаллы (соотношение сторон 5-10:1) соединяются, чтобы создать самоукрепляющуюся микроструктуру, ответственную за Si₃N₄&#- 39; С исключительной выносливостью.
Спекающие добавки (4- 8% по весу)
Y₂O₃ (3-6%)и< < аль-грау-грау > > (1-3%)Являются основными спекающими средствами. Они реагируют с местными порошковыми поверхностями SiO₂ on, образуя жидкую иттрийно-алюминиево-силикатную фазу, которая позволяет уплотнение через жидкую фазу спекания и контролирует кинетику роста зерна β.
Фаза зерновой границы (2-5%)
После спекания остаточная стальная или кристаллическая межгранулированная фаза остается на границах зерна. Его состав и объемная фракция оказывают решающее влияниеВысокотемпературная ползучесть, теплопроводность и коррозионная стойкость- да. После спекания отжиг может кристаллизоваться этот этап для улучшения высокой t производительности.
Расширенные знания-состав-имущественные отношения
Выше Y₂O₃/Al₂O₃ относительные показателиСпособствовать более полной трансформации и больших пропорций зернового аспекта βболее высокая прочность, но более низкая прочность.Более низкие уровни добавокПроизводить более тонкие зерна гравюры повышенной прочности и твердости, но снижается прочность. дляПолупроводниковые субстратыСверхвысокая чистота (и gt; 99,9%) при минимальной фазе стеклопроводности обеспечивает максимальную теплопроводность и плазменную эрозию. для1.2.3 конструктивные таблички, оптимизированные уровни добавок балансируют прочность и управляемость. HUACIJULI предлагает несколько сортов Si₃N₄, адаптированных к конкретным требованиям применения пластин/дисков.
Si₃N₄ Plate микроструктура-основа производительности
На приведенной ниже схеме показана характерная микроструктура спекательных гранулированных керамических плит, показывающих переплет гранулированной сети и фазу зерновой границы, которые определяют механические, тепловые и электрические свойства:
Диаграмма 1: поперечное сечение керамической плиты Si₃N₄ Ceramic Plate Microstructure
Процесс производства прецизионных Si₃N₄ пластин и дисков
Производство Si₃N₄ пластин и дисков для прецизионности под-микрометров требует жестко контролируемой шестиступенчатой производственной цепи. Каждый шаг напрямую влияет на точность размеров, качество поверхности и свойства материала:
Смешение порошка
α- si ₃N₄ (> 99,5%) + Y₂O₃/Al₂O₃. Мокрая фрезеровка шаров 24-48 часов. Распылительная сушка для грануляции.
Формирование нового поколения
Литье ленты (тонкие пластины) или CIP при 200-300 мпа (толстые пластины/диски- да. Зеленая обработка до почти чистой формы.
Дебетование по счетам
Регулируемое термическое разложение 400-600 градусов. Низкая скорость аппарели предотвращает трещин в толстых секциях.
GPS/хип спекание
1750-1900 гг., 1-10 мпа н. Трансформация государственного долга. И гт; 99,5% TD. Контролируемое сокращение ~18-22%.
Шлифование с чпу
Алмазные колеса (80 графы 400 графы 800 сетки). Двойная шлифовка для параллелизма. Толерантность - - 5.
Лаппинг и amp; полировка
Навозная жижа с бриллиантами. Полировка под кс/сс. Окончательный вариант Ra <0.05μm. Плоскостность и lt;1μm/100mm.
Кастинг ленты против формирования CIP
Кастинг на пленкуПредпочтение отдается тонким пластинам (и lt; 2мм) и крупногабаритным подложкам, обеспечивающим однородную толщину и отличную однородность плотности зелени.Холодное изостатическое сжатие (CIP)Используется для более толстых пластин (и gt; 3мм) и дисков, обеспечивая изотропное уплотнения и повышенной зеленой прочности для последующей обработки. Оба метода обеспечивают "зеленую плотность" и "gt";55% TD необходимы для спекания без дефектов.
Компенсация за усадку
Да, да, да18-22% линейная усадкаВо время спекания. Точное прогнозирование усыхания (с помощью статистического управления технологическими процессами между производственными партиями) позволяет увеличить размеры зеленых частей таким образом, чтобы спекательные размеры укладывались в интервал между ними 0,1 мм — минимизация времени и стоимости послеапиленовой обработки. HUACIJULI сохраняет усадьбы вариации внутри0.3% от общего числаОт партии к партии.
Полный производственный процесс
Следующая диаграмма иллюстрирует сквозной производственный поток от сырого порошка до готовой точности Si₃N₄ plate/disc, включая ключевые параметры процесса и контрольно-пропускные пункты качества на каждом этапе:
Диаграмма 2: Si₃N₄ Plate & Disc Manufacturing Process Flow
Достижимые спецификации точности
Сямынь хуациль&#- 39; Прецизионно-технологические возможности Si₃N₄ пластин и дисков охватывают три уровня, от стандартного промышленного класса до ультрапрецизионно-полупроводникового класса:
| 3. Технические требования | Стандартный сорт | Класс точности | Ультра-точность (полу) |
|---|---|---|---|
| Допуск по размеру | Грань 0.02 мм | Гравюра 0.005 мм | Гравюра 0.002 мм гравюра |
| Плоскостность (на 100 мм) | И lt;5 дюймов | И lt;2 | И lt;1 |
| Параллелизм в работе | И lt;10 шт | И lt;5 дюймов | И lt;2 |
| Неровность поверхности (Ra) | И lt;0.4 μm | И lt;0.1 μm | И lt;0.05 μm ★ |
| Однородность по толщине | Диаметр: 0.05 мм | Грань 0.02 мм | Грань 0.005 мм |
| Качество по краям | - да, сэр. | Радиус заземления | Полированный край графы |
| Типичные области применения | Промышленные износы, лица тюленей | Аэрокосмические, Эм субстраты | Полупроводник, оптика |
Наилучшая достижимая спецификация. Индивидуальные промежуточные классы доступны по запросу.
Промышленные применения прецизионных Si₃N₄ пластин и дисков
Производство полупроводников
Компоненты:Вафельные носители (FOUP), фокусные кольца, вкладыши камеры etch, удерживающие кольца CMP, обогревательные покрытия.
Почему Si₃N₄:Образование сверхнизких частиц, сопротивление плазменной эрозии 5× лучше, чем кварц, CTE соответствует кремниевых ваферов, и электрической изоляции предотвращая искривление в плазменных камерах.
Электроника Эм
Компоненты:Подстраты модуля питания IGBT/1. Сок (базовые плиты DBC/AMB), изоляторы busbar, теплораспределители.
Почему Si₃N₄:Самая высокая прочность на разрыв между керамическими субструями выдерживает тепловые циклы и gt;10 000 циклов. Ктэ (3,2 МЛН - 1 / к) в значительной степени соответствует металлизации меди, что предотвращает утешение в структурах амб.
Аэрокосмическая и amp; оборона
Компоненты:Турбинные пластины, корпуса датчиков, радымные окна, диски гироскопа ротора, несущие рассеиватели.
Почему Si₃N₄:Стабильность размеров при 1200°C+, низкая плотность (на 60% легче, чем сверхсплавы), устойчивость к термическому удару при быстром восхождении/спуске, а также прозрачность радаров для радомных применений.
Медицинское оборудование и принадлежности
Компоненты:Платформы для хирургических инструментов, совместимые с mri номерные знаки, подложки рентгеновского детектора, испытательные диски имплантатов.
Почему Si₃N₄:Биохимическая, немагнитная (МРТ безопасная), радиолучевая, стерилизуемая при высоких температурах, химически инертная к жидкостям организма и чистящим средствам.
Оптические и усилители; лазерные системы
Компоненты:Лазерные зеркальные субstrates, эталонные телескопы, базовые платформы интерферометра, оптические установочные диски.
Почему Si₃N₄:Почти нулевой ктэ обеспечивает оптическую стабильность рисунка в температурных диапазонах. Плоскостность от λ до 20 для точного оптического отсчета. Не распыление газа в вакуумной среде.
Промышленное оборудование
Компоненты:Механические пломбы, манометрические блоки, износовые пластины, вкладышные диски насоса, стандарты измерения, номерные знаки арматуры.
Почему Si₃N₄:Износостойкость 5- 10гранулированная сталь, коррозионная устойчивость в химической среде и долговременная пространственная стабильность эталонных метрологических поверхностей.
Расширенные знания — субстратная технология AMB: Активное металлическое паяние (AMB) использует Si₃N₄ пластин в качестве керамического стержневого слоя в электроэлектронных субстратах. В отличие от прямого склеивания меди (DBC), которое опирается на эвтектическое склеивание, AMB использует бразовые сплавы на основе Ti/ zr, которые химически соединяются с Si₃N₄, что позволяетТолщина меди до 0,8ммИ выживших и gt;10 000 тепловых циклов (-40°C до 175°C) без делания-изготовление Si₃N₄ AMB substrates стандарт для следующего поколения - Эм; инверторов и преобразователей возобновляемых источников энергии.
Si₃N₄ vs другие материалы керамической плиты
| 3. Недвижимость | Si₃N₄ | Al₂O₃ | Организация < < альн > > | - ZrO₂ | SiC |
|---|---|---|---|---|---|
| Прочность на разрыв (мпа · м)½) | 6-8. | 3-5 лет лет | 3-4 4 | 5-8 лет | 3-5 |
| Теплопроводность (вт/м · к) | 20-30 | 10 ч. 30 м. | 170-200 град. | 1 -3 3 | 120-270 |
| Ктэ (10) | 3.2 к тексту на русском языке не относится. | 7.5............. | 4. Раздел 4.5 | 10 ч.0 м. | 4.0. 4.0. |
| Прочность на Flexural (мпа) | 700-1000 град. | 300-630 | 300-400 | 800-1200 | 400-600 |
| Стойкость к термическому удару | - отличная работа. | В среднем по стране | Все в порядке. | Все в порядке. | Все в порядке. |
| Максимальная рабочая температура (°C) | 1 000,00 руб. (1) | 1200 | 1000 | 800 | 1600 |
Лучший в категории. Si₃N₄ уникально сочетает в себе высочайшую прочность + наименьшую CTE + превосходную прочность + хорошую теплопроводность.
Основная информация: дляЭнергетические субстраты, AlN имеет более высокую теплопроводность, но не Si₃N₄&#- 39; s прочность-AlN субстраты трещины во время AMB паялки и теплового цикла. дляПолупроводниковая арматура, SiC имеет более высокую теплопроводность, но электропроводность. дляАэрокосмические плиты, ZrO₂ имеет сопоставимую прочность, но 3× higher CTE вызывает тепловые несоответствия вопросов. Si₃N₄ является единственным керамическим предлагая сбалансированный набор свойств, необходимых для самых требовательных приложений пластинки/диска.
Почему партнер HUACIJULI для Si₃N₄ пластин и дисков?
Опыт работы в течение десятилетий
Глубокие знания в области физики и точных технологий в сочетании с мастерством точной обработки — оптимизация каждого шага от порошка до готовой части.
Возможность установки микрометра
Двухдисковые шлифовальные станки с чпу, планетарные лапперы и полировщики CMP, достигающие плоскостности и lt;1μm и Ra <0.05μm последовательно.
Несколько ступеней Si₃N₄
Стандартные, с высокой прочностью, высокой чистотой и высокой теплопроводностью — каждый оптимизирован для конкретного применения на пластине/диске.
Полная метрологическая лаборатория
Шм, лазерная интерферометрия, профилометрия и ультразвуковое тестирование, обеспечивающие соответствие каждой пластинки/диска техническим требованиям до отгрузки.
Нужна точность Si₃N₄ пластин или дисков?
Поделитесь своими чертежами и спецификациями — наша инженерная команда предоставит детальную оценку и оценку производительности.
Закажите цитату из HUACIJULIЧасто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос 1: каков состав материала Si₃N₄ ceramic пластин?
Si₃N₄ пластин состоит изИ gt;90% β- si ₃N₄ crystalline фазаС 4-8 % по весу Y₂O₃/Al₂O₃ sinterular glassy фаза 2-5%. Удлиненные гранулированные зерна создают взаимосвязанную самоусиливающуюся микроструктуру, ответственную за материал#- 39; Исключительная прочность (6-8 мпа · м)½).
Вопрос 2: какой производственный процесс обеспечивает точность Si₃N₄ пластин и дисков?
Шесть шагов: (1) смешивание порошка, (2) литье ленты или формирование CIP, (3) дебетирование, (4)GPS/HIP спекание на 1750-1900 гг, (5) алмазное шлифование с чпу до ±5μm, (6) лаппинг/полировка до Ra <0.05μm and flatness <1μm. Каждый шаг контролируется для оптимизации микроструктуры и точности размеров.
Вопрос 3: какие допуски точности достижимы?
Стандартная марка: ±0.02mm, Ra <0.4μm. Класс точности: ±0.005mm, Ra <0.1μm.Ультра-прецизионный (полупроводниковый): ±0.002mm, flatness <1μm/100mm, Ra <0.05μm- да. Параллелизм и lt;2μm и однородность толщины ±0.005mm достижимы для важнейших применений.
Вопрос 4: какие отрасли используют Si₃N₄ тарелки и диски?
Полупроводник (полупроводник)(ваферы, etch chambers),EV(амб силовые субстраты),В аэрокосмической промышленности(турбинные пластины, корпуса датчиков),Медицинское обслуживание населения(mri-безопасные платформы),3. Оптика(зеркальные субстраты, эталонные квартиры), иПо промышленному развитию(лица тюленей, номерные знаки, указатели).
Вопрос 5: как Si₃N₄ по сравнению с AlN для энергетических субстратов?
AlN имеет более высокую теплопроводность (170-200 против 20-30 вт/м · к), но Si₃N₄ имеет2-3× выше прочность трещин- да. В субстратах амб, подвергающихся термическому циклическому воздействию, Si₃N₄ выдерживает и gt;10 000 циклов, в то время как AlN трескается после 1 000-3 000 циклов. Для инверторов EV с высокими требованиями к надежности,Si₃N₄ AMB теперь является отраслевым стандартом.
