制備芯片需要用到半導(dǎo)體設(shè)備，如刻蝕機(jī)、光刻機(jī)、離子注入機(jī)等，打開半導(dǎo)體設(shè)備，里面運(yùn)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(qiáng)度高等優(yōu)異性能，其可以很好地用在半導(dǎo)體設(shè)備內(nèi)。大部分陶瓷零部件在半導(dǎo)體制程中作為設(shè)備的關(guān)鍵零部件直接與晶圓接觸，可以實(shí)現(xiàn)晶圓表面溫度高精度控制和快速升降溫。
圖 半導(dǎo)體陶瓷部件，wonikqnc
半導(dǎo)體陶瓷零部件屬于先進(jìn)陶瓷，通常采用高純超細(xì)的無機(jī)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(dǎo)體陶瓷零部件種類包括半導(dǎo)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?、液相法、氣相法等來制備。
2）機(jī)械球磨
球磨機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中常用的制備原料的設(shè)備，其內(nèi)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(jī)中，并加入各種陶瓷球作為研磨球。在研磨球和機(jī)械球磨后，粉料粒度可以達(dá)到微米級(jí)別。
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3）噴霧干燥
粉料成型
用相應(yīng)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(yīng)的陶瓷生坯。
1）干壓成型
該工藝主要通過把造粒后顆粒級(jí)配適合的粉末，倒入到金屬模腔中，用壓頭對(duì)其施加壓力，壓頭在模腔中進(jìn)行移位，并將壓力傳遞給模具中的粉體顆粒，使其被壓實(shí)，最終形成具有一定形狀和強(qiáng)度的陶瓷素坯產(chǎn)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(dǎo)體陶瓷零部件放入等靜壓機(jī)中，利用液體不可壓縮和均勻傳遞壓力的性質(zhì)從各個(gè)方向?qū)υ嚇舆M(jìn)行均勻加壓，當(dāng)液體介質(zhì)通過壓力泵注入壓力容器中時(shí)，其壓強(qiáng)大小不變且均勻傳遞到各個(gè)方向，這樣，陶瓷零部件在各個(gè)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。
3）流延成型
流延成型是較復(fù)雜的一個(gè)工藝，它是能夠一次成形制造出厚度從數(shù)十微米至毫米量級(jí)的陶瓷毛坯的濕式成形技術(shù)，將具有一定粘性且分散性較好的陶瓷漿料，從流延機(jī)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(nèi)，在溶劑揮發(fā)后，有機(jī)粘結(jié)劑在陶瓷顆粒之間生成網(wǎng)絡(luò)，從而生成具有一定強(qiáng)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(jù)需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行裁切、沖壓、穿孔等工序，再進(jìn)行燒制，即可完成產(chǎn)品的加工。
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(duì)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(dòng)地進(jìn)行批量生產(chǎn)，而且其工藝過程可以進(jìn)行精確控制，該工藝可以成型復(fù)雜形狀的陶瓷產(chǎn)品，應(yīng)用較廣。
5）凝膠注模成型
高溫?zé)Y(jié)
陶瓷零部件制品有的是先排膠再燒結(jié)，有的是排膠和燒結(jié)一起完成。通常排膠溫度低于燒結(jié)溫度，不超過1000℃。高溫?zé)Y(jié)方式主要包括常壓燒結(jié)、真空燒結(jié)、氣氛燒結(jié)。通過燒結(jié)可以使得陶瓷由生坯轉(zhuǎn)化為熟坯，變成致密結(jié)構(gòu)。
1）常壓燒結(jié)
常壓燒結(jié)就是對(duì)材料不進(jìn)行加壓而使其在大氣壓力下燒結(jié)，是較常用的燒結(jié)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(jié)。在常壓燒結(jié)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(zhuǎn)變成晶粒結(jié)合體。
2）真空燒結(jié)
真空燒結(jié)是指在真空環(huán)境下，將特定形態(tài)的陶瓷坯體通過物理、化學(xué)作用，在真空狀態(tài)下，轉(zhuǎn)化為致密、硬的燒結(jié)體。氧化物陶瓷坯體中的孔隙主要是由水、氫和氧等物質(zhì)組成，在燒結(jié)時(shí)它們會(huì)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(dǎo)致產(chǎn)品的致密性降低。通過真空燒結(jié)，可以使所有的氣體都排出，因此，產(chǎn)品的致密度得到改善。
3）氣氛燒結(jié)
精密加工
品檢
表面處理
半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)清潔度要求非常高，品檢合格的半導(dǎo)體陶瓷零部件還需要進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行表面清洗，通常采用酸洗、堿洗、有機(jī)溶劑清洗等方法，清洗過后的產(chǎn)品干燥后，再次檢查其品質(zhì)，合格的產(chǎn)品到無塵室進(jìn)行包裝即可。
圖 噴砂處理靜電卡盤，來源：新東工業(yè)
有的特殊需求的陶瓷零部件，還需要進(jìn)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(fù)合等進(jìn)一步的表面處理，使其達(dá)到使用要求。
來源：半導(dǎo)體陶瓷零部件種類及應(yīng)用，陶近翁,等.
2025年8月26日-28日
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