2. Eksperimentalni proces
2.1 Stvrdnjavanje ljepljivog filma
Uočeno je da izravno stvaranje karbonskog filma ili lijepljenje grafitnim papirom naSiC pločicepremazan ljepilom doveo je do nekoliko problema:
1. U uvjetima vakuuma, ljepljivi film naSiC pločicerazvila izgled poput ljuski zbog značajnog oslobađanja zraka, što je rezultiralo površinskom poroznošću. To je spriječilo pravilno spajanje ljepljivih slojeva nakon karbonizacije.
2. Tijekom lijepljenja,napolitankamora se staviti na grafitni papir u jednom potezu. Ako dođe do premještanja, neravnomjeran pritisak može smanjiti ujednačenost ljepila, negativno utječući na kvalitetu lijepljenja.
3. U vakuumskim operacijama, ispuštanje zraka iz ljepljivog sloja uzrokovalo je ljuštenje i stvaranje brojnih šupljina unutar ljepljivog filma, što je rezultiralo nedostacima pri spajanju. Za rješavanje ovih problema, prethodno sušenje ljepila nanapolitankepreporuča se lijepljenje površine pomoću vruće ploče nakon centrifugiranja.
2.2 Proces karbonizacije
Proces stvaranja karbonskog filma naSiC sjemena pločicaa njegovo lijepljenje na grafitni papir zahtijeva karbonizaciju ljepljivog sloja na određenoj temperaturi kako bi se osiguralo čvrsto lijepljenje. Nepotpuna karbonizacija ljepljivog sloja može dovesti do njegove razgradnje tijekom rasta, oslobađajući nečistoće koje utječu na kvalitetu rasta kristala. Stoga je osiguranje potpune karbonizacije ljepljivog sloja ključno za lijepljenje visoke gustoće. Ova studija ispituje učinak temperature na karbonizaciju ljepila. Jednoliki sloj fotorezista nanesen je nanapolitankapovršinu i stavi u cijevnu peć pod vakuumom (<10 Pa). Temperatura je podignuta na unaprijed postavljene razine (400 ℃, 500 ℃ i 600 ℃) i održavana 3-5 sati kako bi se postigla karbonizacija.
Navedeni eksperimenti:
Na 400 ℃, nakon 3 sata, ljepljivi film nije se karbonizirao i izgledao je tamnocrven; nije primijećena značajna promjena nakon 4 sata.
Na 500 ℃, nakon 3 sata, film je postao crn, ali je i dalje propuštao svjetlost; bez značajne promjene nakon 4 sata.
Na 600 ℃, nakon 3 sata, film je postao crn bez propuštanja svjetlosti, što ukazuje na potpunu karbonizaciju.
Stoga odgovarajuća temperatura lijepljenja mora biti ≥600 ℃.
2.3 Postupak nanošenja ljepila
Ujednačenost ljepljivog filma kritičan je pokazatelj za procjenu procesa nanošenja ljepila i osiguravanje jednolikog veznog sloja. Ovaj odjeljak istražuje optimalnu brzinu centrifuge i vrijeme nanošenja premaza za različite debljine sloja ljepila. Uniformnost
u debljine filma definira se kao omjer minimalne debljine filma Lmin i maksimalne debljine filma Lmax preko korisne površine. Za mjerenje debljine filma odabrano je pet točaka na pločici i izračunata je ujednačenost. Slika 4 prikazuje mjerne točke.
Za lijepljenje visoke gustoće između SiC ploče i grafitnih komponenti, poželjna debljina ljepljivog filma je 1-5 µm. Odabrana je debljina filma od 2 µm, primjenjiva i na pripremu karbonskog filma i na procese lijepljenja vafer/grafitnog papira. Optimalni parametri spin-coatinga za karbonizirajuće ljepilo su 15 s pri 2500 o/min, a za vezno ljepilo 15 s pri 2000 o/min.
2.4 Postupak lijepljenja
Tijekom lijepljenja SiC pločice na grafit/grafitni papir, ključno je potpuno eliminirati zrak i organske plinove koji nastaju tijekom karbonizacije iz veznog sloja. Nepotpuna eliminacija plina rezultira šupljinama, što dovodi do negustog veznog sloja. Zrak i organski plinovi mogu se evakuirati pomoću mehaničke uljne pumpe. U početku kontinuirani rad mehaničke pumpe osigurava da vakuumska komora dosegne svoju granicu, omogućujući potpuno uklanjanje zraka iz veznog sloja. Nagli porast temperature može spriječiti pravovremeno uklanjanje plina tijekom karbonizacije na visokoj temperaturi, stvarajući šupljine u veznom sloju. Adhezivna svojstva ukazuju na značajno ispuštanje plinova na ≤120 ℃, stabilizirajući se iznad te temperature.
Tijekom lijepljenja primjenjuje se vanjski pritisak kako bi se povećala gustoća ljepljivog filma, olakšavajući izbacivanje zraka i organskih plinova, što rezultira veznim slojem visoke gustoće.
Ukratko, razvijena je krivulja procesa lijepljenja prikazana na slici 5. Pod specifičnim tlakom, temperatura se podiže do temperature ispuštanja plina (~120 ℃) i održava se do završetka ispuštanja plina. Zatim se temperatura povećava do temperature karbonizacije, koja se održava potrebno vrijeme, nakon čega slijedi prirodno hlađenje na sobnu temperaturu, otpuštanje tlaka i uklanjanje spojene pločice.
Prema odjeljku 2.2, ljepljivi film treba karbonizirati na 600 ℃ više od 3 sata. Stoga je u krivulji procesa lijepljenja T2 postavljen na 600 ℃, a t2 na 3 sata. Optimalne vrijednosti za krivulju procesa lijepljenja, određene ortogonalnim eksperimentima koji proučavaju učinke tlaka lijepljenja, vremena zagrijavanja prvog stupnja t1 i vremena zagrijavanja drugog stupnja t2 na ishode lijepljenja, prikazane su u tablicama 2-4.
Navedeni rezultati:
Pri tlaku lijepljenja od 5 kN, vrijeme zagrijavanja imalo je minimalan utjecaj na lijepljenje.
Pri 10 kN, površina šupljina u veznom sloju smanjila se s duljim zagrijavanjem u prvom stupnju.
Na 15 kN, produženje prvog stupnja grijanja značajno je smanjilo šupljine, na kraju ih eliminirajući.
Utjecaj vremena zagrijavanja drugog stupnja na lijepljenje nije bio vidljiv u ortogonalnim ispitivanjima. Fiksirajući vezni tlak na 15 kN i vrijeme zagrijavanja prvog stupnja na 90 min, vremena zagrijavanja drugog stupnja od 30, 60 i 90 min rezultirala su gustim veznim slojevima bez šupljina, što ukazuje da je vrijeme zagrijavanja drugog stupnja bilo mali utjecaj na lijepljenje.
Optimalne vrijednosti za krivulju procesa lijepljenja su: tlak lijepljenja 15 kN, vrijeme zagrijavanja prvog stupnja 90 min, temperatura prvog stupnja 120 ℃, vrijeme zagrijavanja drugog stupnja 30 min, temperatura drugog stupnja 600 ℃ i vrijeme držanja drugog stupnja 3 sata.
Vrijeme objave: 11. lipnja 2024