Pe măsură ce procesele de fabricație a semiconductoarelor se îndreaptă către noduri la scară nanometrică-, echipamentele de proces de bază, cum ar fi gravatoarele și sistemele de depunere a peliculei subțiri-, se confruntă cu cerințe din ce în ce mai stricte pentru precizia, puritatea și randamentul procesării. În acest context, componentele ceramice de precizie au devenit cheia pentru asigurarea stabilității procesului. Dintre acestea, piesele structurale ceramice din alumină reprezintă aproximativ 45% din piața componentelor ceramice de precizie, ceea ce le face cele mai utilizate pe scară largă. Deci, cum devine ceramica de alumină, aparent un material de bază, un „material standard” indispensabil pentru numeroase echipamente semiconductoare?
Cerințe de bază ale producției de semiconductori pentru ceramica cu alumină
Fabricarea semiconductorilor este o „sarcină delicată efectuată în condiții extreme”, care implică temperaturi ridicate, coroziune puternică, tensiune înaltă și frecare de precizie. Piesele structurale ceramice din alumină se remarcă datorită combinației lor de proprietăți greu--de potrivire, cum ar fi rezistența la coroziune, rezistența la temperatură-înaltă, curățenia ridicată și izolația ridicată, aliniindu-se perfect cu cerințele stricte ale industriei semiconductoarelor:
Rezistența la eroziune cu plasmă: În procesele de gravare, rezistă plasmei foarte corozive, evitând contaminarea cu particule.
Rezistență la șocuri termice și stabilitate dimensională: în timpul proceselor de depunere care implică schimbări frecvente de temperatură, menține precizia-la nivel de microni, asigurând o poziționare precisă a plachetelor.
Curățenie ridicată: În medii ultra-curate, cum ar fi fotolitografia și inspecția, aproape că nu eliberează particule, protejând randamentul.
În prezent, puritatea ceramicii de alumină utilizate în echipamentele semiconductoare este în general peste 99,5%, ceramica de alumină de gravare-atingând purități de peste 99,8% și chiar atingând gradul 4N (99,99%). Aceste materiale par transparente sau semi-transparente, cu indicatori de performanță comparabili cu un singur-safir. În plus, datorită structurii cu granulație-fină, anumite proprietăți, cum ar fi rezistența la încovoiere și rezistența la compresiune, le pot depăși chiar pe cele ale safirului cu un singur cristal-.
Procese de pregătire și tendințe de dezvoltare
Pregătirea componentelor ceramice de alumină este un proces de inginerie de sistem multidisciplinar care include în primul rând prepararea pulberii, formarea, sinterizarea, prelucrarea de precizie, inspecția calității și tratarea suprafeței. Printre acestea, procesele de formare și sinterizare au un impact decisiv asupra microstructurii și proprietăților mecanice ale materialelor ceramice de alumină, făcându-le două etape critice în producția de ceramică de alumină.
(1) Prepararea pulberii
Materiile prime de-alumină de înaltă puritate sunt supuse loturilor, măcinare mecanică cu bile și uscării prin pulverizare pentru a produce pulbere granulată cu dimensiune uniformă a particulelor și fluiditate bună.
(2) Procesul de formare
Formarea implică modelarea pulberii de alumină într-un corp ceramic verde. În funcție de forma și cerințele de precizie ale componentei, sunt selectate metode precum presarea uscată, presarea izostatică, turnarea cu bandă sau turnarea prin injecție. În prezent, presarea uscată combinată cu presarea izostatică la rece este utilizată în principal pentru a forma semifabricate de alumină.
(3) Sinterizare la temperatură înaltă-
Sinterizarea implică încălzirea pulberii pentru a induce legarea particulelor, ceea ce duce la migrarea materialului, densificare și recristalizare. Metode precum sinterizarea fără presiune, presarea la cald sau presarea izostatică la cald sunt folosite pentru a densifica corpul verde. Alumina de-puritate ridicată necesită de obicei temperaturi de sinterizare de 1600–1800 de grade .
(4) Prelucrare de precizie
Folosind strunguri și polizoare CNC, corpul sinterizat este tăiat, struns, șlefuit, frezat și găurit pentru a produce componentele ceramice dorite. Prelucrarea CNC din ceramică se referă la procesul de fabricație subtractiv controlat de computere pentru a opera și manipula mașini și unelte de tăiere, obținând precizie dimensională la nivel de microni-și asigurând coerența în mai multe piese.
(5) Tratarea suprafeței și inspecția calității
Industria semiconductoarelor impune cerințe extrem de ridicate de curățenie. După trecerea inspecției de calitate, componentele ceramice semiconductoare sunt supuse curățării ulterioare a suprafeței, utilizând de obicei metode precum curățarea acidă, curățarea alcaline sau curățarea cu solvenți organici. Odată curățate și uscate, produsele sunt re-inspectate pentru calitate. Produsele calificate sunt apoi ambalate într-o cameră curată.
Pentru componentele ceramice cu cerințe speciale, tratamente suplimentare de suprafață, cum ar fi pulverizarea cu arc, pulverizarea cu plasmă, pulverizarea electrostatică, depunerea de vapori, curățarea ultra-curată, anodizarea sau metalizarea pot fi aplicate pentru a îndeplini standardele operaționale.
