制備芯片需要用到半導體設備，如刻蝕機、光刻機、離子注入機等，打開半導體設備，里面運用了大量的陶瓷零部件，陶瓷零部件具有耐高溫、耐腐蝕、精度高、強度高等優異性能，其可以很好地用在半導體設備內。大部分陶瓷零部件在半導體制程中作為設備的關鍵零部件直接與晶圓接觸，可以實現晶圓表面溫度高精度控制和快速升降溫。

圖 半導體陶瓷部件，wonikqnc

半導體陶瓷零部件屬于先進陶瓷，通常采用高純超細的無機材料來制備，包括氧化鋁、碳化硅、氮化鋁、氮化硅、氧化釔等。半導體陶瓷零部件種類包括半導體陶瓷手臂、陶瓷噴嘴、陶瓷窗、陶瓷腔體罩、多孔陶瓷真空吸盤等。

粉料制備

1）配料

原料中加入各種需要的材料，制備成特定配方的粉料?？梢圆捎霉滔喾ā⒁合喾?、氣相法等來制備。

2）機械球磨

球磨機是工業生產中常用的制備原料的設備，其內襯大多是陶瓷材料，也有的是采用高分子材料。將需要球磨的粉料加入到球磨機中，并加入各種陶瓷球作為研磨球。在研磨球和機械球磨后，粉料粒度可以達到微米級別。

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3）噴霧干燥

粉料成型

用相應配方制備的粉料來制備陶瓷生坯，陶瓷制品成型方法通常包括干壓成型、等靜壓成型、流延成型、注射成型、凝膠注模成型等多種方法。用這些方法可以得到相應的陶瓷生坯。

1）干壓成型

該工藝主要通過把造粒后顆粒級配適合的粉末，倒入到金屬模腔中，用壓頭對其施加壓力，壓頭在模腔中進行移位，并將壓力傳遞給模具中的粉體顆粒，使其被壓實，最終形成具有一定形狀和強度的陶瓷素坯產品。

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2）等靜壓成型

該工藝是把需要壓制成型的半導體陶瓷零部件放入等靜壓機中，利用液體不可壓縮和均勻傳遞壓力的性質從各個方向對試樣進行均勻加壓，當液體介質通過壓力泵注入壓力容器中時，其壓強大小不變且均勻傳遞到各個方向，這樣，陶瓷零部件在各個方向上受到均勻的大小一致的壓力，從而使得陶瓷零部件更加致密。

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3）流延成型

流延成型是較復雜的一個工藝，它是能夠一次成形制造出厚度從數十微米至毫米量級的陶瓷毛坯的濕式成形技術，將具有一定粘性且分散性較好的陶瓷漿料，從流延機漿料槽刀口流到基帶上，將漿料展開，在表面張力的作用下，生成光滑上表面的坯膜，將坯膜連同基帶一起送到烘干室內，在溶劑揮發后，有機粘結劑在陶瓷顆粒之間生成網絡，從而生成具有一定強度和柔性的坯片，將干燥的坯片從基帶上剝離后，卷軸備用。根據需要對產品進行裁切、沖壓、穿孔等工序，再進行燒制，即可完成產品的加工。

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4）注射成型

注射成型是將熱塑性材料與陶瓷粉體混合成熱溶體，然后注射到相對冷的模具中，待冷卻后，將成型好的坯體制品頂出脫模即可，該工藝可以快速自動地進行批量生產，而且其工藝過程可以進行精確控制，該工藝可以成型復雜形狀的陶瓷產品，應用較廣。

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5）凝膠注模成型

高溫燒結

陶瓷零部件制品有的是先排膠再燒結，有的是排膠和燒結一起完成。通常排膠溫度低于燒結溫度，不超過1000℃。高溫燒結方式主要包括常壓燒結、真空燒結、氣氛燒結。通過燒結可以使得陶瓷由生坯轉化為熟坯，變成致密結構。

1）常壓燒結

常壓燒結就是對材料不進行加壓而使其在大氣壓力下燒結，是較常用的燒結方法，這種方法一般是在氧氣氣氛下或者某種特殊氣體氣氛條件下燒結。在常壓燒結過程中，成型的坯體不受外加壓力的作用，只是在常壓下加熱粉末顆粒的聚集體轉變成晶粒結合體。

2）真空燒結

真空燒結是指在真空環境下，將特定形態的陶瓷坯體通過物理、化學作用，在真空狀態下，轉化為致密、硬的燒結體。氧化物陶瓷坯體中的孔隙主要是由水、氫和氧等物質組成，在燒結時它們會通過氣孔逃逸。但是，一氧化碳，二氧化碳，尤其是氮，很難通過氣孔逃逸，導致產品的致密性降低。通過真空燒結，可以使所有的氣體都排出，因此，產品的致密度得到改善。

3）氣氛燒結

精密加工

品檢

表面處理

半導體設備對清潔度要求非常高，品檢合格的半導體陶瓷零部件還需要進一步對其進行表面清洗，通常采用酸洗、堿洗、有機溶劑清洗等方法，清洗過后的產品干燥后，再次檢查其品質，合格的產品到無塵室進行包裝即可。

圖 噴砂處理靜電卡盤，來源：新東工業

有的特殊需求的陶瓷零部件，還需要進行電弧熔射、等離子噴涂、靜電噴涂、氣相沉積、超潔凈清洗、陽極氧化、金屬化復合等進一步的表面處理，使其達到使用要求。

來源：半導體陶瓷零部件種類及應用，陶近翁,等.

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一、精密陶瓷產業鏈：

 

 

1、陶瓷器件及材料：MLCC、LTCC、HTCC、微波介質陶瓷、壓電陶瓷、鈦酸鋇、碳酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、玻璃粉、氮化鋁、LTCC介質陶瓷粉體、稀土氧化物、生瓷帶等；

 

2、精密陶瓷：氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化釔、結構陶瓷、高溫陶瓷、透明陶瓷、陶瓷微珠、新能源陶瓷、陶瓷軸承、陶瓷球、半導體陶瓷（搬運臂、陶瓷劈刀、靜電卡盤、蝕刻環……）、3D打印陶瓷、燃料電池（SOFC）隔膜片、穿戴陶瓷、光纖陶瓷插芯、陶瓷套筒、CIM、生物陶瓷等。

 

3、陶瓷基板及封裝外殼：陶瓷封裝外殼、DPC、DBC、AMB、HTCC基板、LTCC基板、薄膜電路板、厚膜電路板、陶瓷封裝基座、熱沉、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化鈹、莫來石粉體及基板等；

 

4、金屬材料：銀粉、金粉、銅粉、鎳粉、焊料（焊片、焊膏）、MLCC用內/外電極漿料、LTCC銀漿、金漿、鎢鉬漿料、銅漿、靶材、無氧銅帶、可伐合金、金屬沖壓件等；

 

5、助劑：陶瓷和導電漿料用分散劑、黏合劑、增塑劑、絮凝劑、礦化劑、消泡劑、潤滑劑、燒結助劑等；

 

6、設備：

 

陶瓷加工設備：砂磨機、球磨機、真空脫泡機、三輥機、噴霧造粒機、干壓機、流延機、注塑機、3D打印機、模具、干燥設備、研磨機、精雕機、裁片機、激光設備、打孔機、填孔機、絲網印刷機、疊層機、層壓機、等靜壓機、熱切機、整平機、排膠爐、燒結爐、釬焊設備、電鍍設備、化學鍍、噴銀機、浸銀機、端銀機、真空鍍膜設備、顯影設備、去膜設備、蝕刻機、濕制程設備、等離子清洗、超聲波清洗、自動化設備、剝離強度測試儀、AOI檢測設備、打標機；

 

封裝測試設備：貼片機、引線鍵合機、封蓋機、平行縫焊封帽、切筋機、釬焊設備、激光調阻機、網絡分析儀、熱循環測試設備、測厚儀、氦氣檢漏儀、老化設備、外觀檢測、超聲波掃描顯微鏡、X-光檢測、激光打標、分選設備、測包編帶機等；

 

7、耗材：離型膜、載帶（塑料和紙質）、耐火材料、承燒板/匣缽（氧化鋁、剛玉莫來石、氮化硼等）、承燒網、發泡膠、研磨耗材（金剛石微粉、研磨液）、精密網版、清洗劑、電鍍藥水等。

 

二、熱管理產業鏈：

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1、熱管理材料：氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、石墨烯、石墨、碳納米管、空心玻璃微珠、導熱粉體、散熱基板、熱沉（鎢銅、鉬銅、氮化鋁、金剛石等）、鋁碳化硅AlSiC、相變材料、導熱凝膠、導熱界面材料、導熱墊片、導熱膠帶、灌封膠、熱管/均熱板；

 

2、散熱器件：半導體制冷片（TEC）、IGBT散熱器（銅、鋁）、大功率晶體管散熱器、通信基站散熱殼體、液態金屬散熱器、插針式散熱器等;

 

3、設備：壓延機、涂布機、分條機、模切機、復卷機、切片機，CNC設備、壓鑄/沖壓設備、熱分析儀器、激光導熱儀、導熱系數儀、強度試驗機、檢測設備、自動化等。

 

三、功率半導體器件封裝產業鏈：

 

1、材料：碳化硅，陶瓷襯板（DBC、AMB）、封裝管殼、鍵合絲、散熱基板（銅、鋁碳化硅AlSiC）、導熱硅凝膠、環氧灌封膠、焊料（預制焊片）、銀膜/銀膏、散熱器（銅、鋁）、功率引出端子（銅端子）、外殼（工程塑料PPS、PBT、高溫尼龍）、清洗劑等；

2、設備及配件：真空焊接爐、貼片機、固晶機、引線鍵合機、X-ray、推拉力測試機、等離子清洗設備、點膠機、絲網印刷機、超聲波掃描設備、動靜態測試機、點/灌膠機、銀燒結設備、垂直固化爐、甲酸真空共晶爐、自動封蓋設備、高速插針機、彎折設備、超聲波焊接機、視覺檢測設備、推拉力測試機、高低溫沖擊設備、功率循環測試設備、打標機、檢驗平臺、治具等；

 

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原文始發于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：半導體陶瓷部件的主要生產工藝介紹