Ақ балқытылған алюминий оксидінің электронды компоненттерді жылтыратудағы рөлі
Смартфондардың, компьютерлердің және әртүрлі ақылды құрылғылардың кең таралған дәуірінде электрондық компоненттердің өнімділік талаптары үнемі артып келеді. Олар жылдам, кішкентай және өте қуатты болуы керек. Сіз бұған қол жеткізу үшін маңызды емес қадам - жылтырату қажет екенін білмеуіңіз мүмкін. Ал бұл салада үнсіз шебер «қатал шебер» бар -ақ балқытылған алюминий оксиді.
Бүгін осы «шебердің» құпиясын ашып, оның электронды компоненттердің дәлдік әлемінде қалай маңызды рөл атқаратынын талқылайық.
I. Басты кейіпкермен танысу: Ақ балқытылған алюминий оксиді дегеніміз не?
Қарапайым тілмен айтқанда, ақ балқытылған алюминий оксиді - өте таза синтетикалық корунд. Оның негізгі компоненті - α-глинозем (Al₂O₃). Оны басқа туыстарымен салыстыруға болады: мысалы, қоңыр балқытылған алюминий оксидінің құрамында қоспалар аздап көп, сондықтан оның түсі қоңыр; ал ақ балқытылған алюминий оксиді таза шикізатының арқасында күйдіргеннен кейін «таза» құрылымды ақ кристалдар түзеді.
Ол қалай жасалады? Қарапайым тілмен айтқанда, бұл «от арқылы қайта туылу» процесі. Жоғары сапалыглинозем ұнтағыбалқытылады, салқындатылады және 2000 градус Цельсийден асатын жоғары температуралы электр доғасы пешінде қайта кристалданады. Соңында, ол ұсақталып, електен өткізіліп, әртүрлі бөлшектер өлшеміндегі ақ балқытылған алюминий оксиді абразивтерін алады.
Бұл процесті бағаламаңыз; ол ақ балқытылған алюминий оксидіне бірнеше негізгі қасиеттер береді, бұл оны электрондық компоненттерді жылтырату үшін тамаша таңдау етеді:
Жоғары қаттылық, шынымен «қатты»: Оның Моос қаттылығы 9,0-ге дейін жетеді, бұл тек гауһар мен кремний карбидінен кейінгі екінші орында. Бұл басқа материалдарды кесу және ұнтақтау өте оңай екенін және оның өзі оңай тозбайтынын білдіреді.
Орташа беріктік, қаттылық пен икемділіктің тепе-теңдігі: Тек қатты болу жеткіліксіз; шыны сынықтары сияқты тым сынғыш болғандықтан, ол ең аз тиюден сынады және пайдалануға жарамсыз болады. Ақ балқытылған алюминий оксиді жоғары қаттылыққа да, жақсы беріктікке де ие. Қысым астында ол орташа дәрежеде сынуы мүмкін, ұнтаққа айналмай, жаңа өткір жиектерді ашады - бұл «өздігінен қайрау» деп аталады. Бұл өздігінен жазылатын миниатюралық ою пышағы сияқты, ол өзінің өткірлігін үнемі сақтайды.
Оның тамаша химиялық тұрақтылығы оны өте «тыныш» етеді: жылтырату процесінде әртүрлі қышқылдық және сілтілі жылтырату ерітінділері жиі қолданылады. Ақ балқытылған алюминий оксиді химиялық тұрғыдан өте тұрақты және бұл химиялық орталармен оңай әрекеттеспейді, бұл жылтырату процесінің кездейсоқ химиялық ластануды тудырмауын қамтамасыз етеді. Бұл тазалық өте маңызды электроника өнеркәсібінде өте маңызды.
II. Ақ балқытылған алюминий оксиді электронды компоненттерді жылтыратуда қалай «көрініп» тұрады?
Электрондық компоненттерді жылтырату жылтыр нәрсені сүрту сияқты қарапайым емес. Бұл микроскопиялық әлемде орындалатын «мүсіндеу өнері», ол нанометрлік немесе тіпті атомдық деңгейде мінсіз тегіс, мүлдем тегіс және зақымдалмайтын бетке қол жеткізуге бағытталған.Ақ балқытылған алюминий оксидібұл өнерге жетудегі негізгі күш болып табылады.
1. Кремний пластиналарына арналған «іргетас тегістеу» жұмысы
Чиптер кремний пластиналарында жасалады. Ғимараттың іргетасы тегіс болмаса, ғимаратты салу мүмкін емес және электр сымдары ретсіз тартылады деп елестете аласыз. Дәл осы қағида чип өндірісіне де қатысты. Қабаттар бірінің үстіне бірі қойылады. Егер кез келген қабат тегіс болмаса, кейінгі фотолитография фокусын жоғалтады, бұл қысқа тұйықталуға немесе тізбектердің үзілуіне әкеледі.
Міне, осы жерде CMP (химиялық механикалық жылтырату) технологиясы пайда болады, ал ақ балқытылған алюминий оксидінің микробөлшектері көбінесе «механикалық жұмыста» шешуші рөл атқарады. Жылтырату суспензиясында миллиондаған ұсақ шеберлер сияқты сансыз ұсақ ақ балқытылған алюминий оксидінің бөлшектері қысым мен айналу кезінде кремний пластинасының бетінде өте ұсақ және біркелкі кесулер жасайды. Олар біртіндеп беткі «шыңдарды» жояды, ал ойпаттарды салыстырмалы түрде сақтайды, сайып келгенде жалпы өте тегістікке қол жеткізеді. Ақ балқытылған алюминий оксидінің қаттылығы мен өздігінен өткірлену қасиеттері бұл процестің тиімді және тұрақты болуын қамтамасыз етеді.
2. Жартылай өткізгіш құрылғылардың бетін өңдеу
Чиптің ішінде, кремнийден басқа, өткізгіш сызықтар үшін қолданылатын металдар (мысалы, мыс және вольфрам) және оқшаулау үшін оқшаулағыш қабаттар (мысалы, кремний диоксиді) бар. Бұл әртүрлі материалдардың қаттылығы мен кетіру жылдамдығы әртүрлі. Жылтырату кезінде артық металды астыңғы оқшаулағыш қабатқа зақым келтірмей кетіру қажет; бұл «жоғары селективтілік» деп аталады.
Ақ балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағы мұнда өте дәл рөл атқарады. Жылтырату суспензиясының химиялық құрамын («химиялық» бөлігі) реттеу және ақ балқытылған алюминий оксидімен («механикалық» бөлігі) синергетикалық жұмыс істеу арқылы белгілі бір материалдарды (мысалы, мыс) басқа материалдарға (мысалы, кремний диоксиді) әрең тиіп тұрып, жоғары тиімді кетіруге қол жеткізуге болады. Бұл дәлдік жоңқаның шығуын қамтамасыз ету үшін өте маңызды.
3. Басқа электрондық компоненттердің «эстетика жұлдызы»
Жоғары дәлдіктегі чиптерден басқа, біз күнделікті кездесетін көптеген электрондық компоненттер ақ балқытылған алюминий оксидін жылтыратуды да пайдаланады.
Жарықдиодты сапфир негіздері: Көптеген жоғары жарықтылықтағы жарықдиодтар негіз ретінде сапфирді пайдаланады. Сапфирдің өзі өте жоғары қаттылыққа ие, айна тәрізді тегіс бетке қол жеткізу үшін жылтырату үшін ақ балқытылған алюминий оксиді - «қаттыдан қаттыға» ұқсас материал қажет, бұл жарықты сору тиімділігін арттырады және жарықдиодты жарықтандырады.
Кварц кристалды резонаторлары: Бұл тізбектерге сағат сигналдарын беретін «жүрек соғысы» компоненттері. Олардың жиілік тұрақтылығына қойылатын талаптар өте жоғары, ал бетінің сапасы мен қалыңдығы дәл бақылануы керек; ақ балқытылған алюминий оксидін жылтырату бұл тапсырма үшін өте қолайлы. Магниттік материалдар, шыны негіздер және басқа да материалдар да қажетақ балқытылған алюминий оксидіөңдеу кезінде тегіс және жылтыр қабатқа қол жеткізу үшін.
III. Неліктен ақ балқытылған алюминий оксиді? – Оның ерекше артықшылықтарының қысқаша мазмұны
Көптеген абразивтердің ішінде электроника өнеркәсібі неліктен ақ балқытылған алюминий оксидін артық көреді?
Басқарылатын дәлдік: Оның бөлшектерін өте ұсақ және біркелкі (микрометр деңгейіне дейін) етіп, тұрақты пішінде жасауға болады. Бұл болжамды және біркелкі жылтырату нәтижелерін қамтамасыз етеді, бөлшектердің өлшемдерінің сәйкес келмеуінен пайда болатын беткі сызаттардың алдын алады.
Ластану деңгейі өте төмен: Жоғары тазалық жылтырату кезінде металл қоспаларының өте аз түзілуін білдіреді, бұл жартылай өткізгіш өнеркәсібінің қатаң тазалық талаптарына сай келеді.
Тиімділік пен сапа тепе-теңдігі: Ол гауһар тас сияқты «қатты» және қымбат емес, сондай-ақ жұмсақ абразивтер сияқты тиімсіз емес. Ол қаттылық, беріктік және құны арасындағы тамаша тепе-теңдікке қол жеткізеді, бұл оны өте тиімді таңдау етеді.
Сонымен, келесі жолы телефоныңызды алып, оның бірқалыпты жұмыс істеуін және қуатты функцияларын сезінген кезде, мынаны елестетіп көріңіз: сол кішкентай чиптер мен нәзік компоненттердің ішінде сансыз ақ балқытылған алюминий оксиді микробөлшектерін қамтитын үнсіз және дәл «беттік төңкеріс» орын алды. Дәл осы қарапайым «қатал шебер» өзінің қаттылығы мен тазалығымен электронды әлемнің кедергісіз ағыны үшін нанометр деңгейіндегі соңғы кедергіні жеңді. Ол ешқашан назарда болмауы мүмкін, бірақ ол көрініс артындағы таптырмас батыр. Технологиялық прогресс көбінесе осы ұсақ бөлшектерде жасырынып, материалтанудың ең қарапайым, бірақ баурап алатын жарқырауымен жарқырайды.