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。可以采用固相法、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。

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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。

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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(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。

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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(yáng)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.

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一、精密陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈：

 

 

1、陶瓷器件及材料：MLCC、LTCC、HTCC、微波介質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(dǎo)體陶瓷（搬運(yùn)臂、陶瓷劈刀、靜電卡盤、蝕刻環(huán)……）、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(nèi)/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?zèng)_壓件等；

 

5、助劑：陶瓷和導(dǎo)電漿料用分散劑、黏合劑、增塑劑、絮凝劑、礦化劑、消泡劑、潤(rùn)滑劑、燒結(jié)助劑等；

 

6、設(shè)備：

 

陶瓷加工設(shè)備：砂磨機(jī)、球磨機(jī)、真空脫泡機(jī)、三輥機(jī)、噴霧造粒機(jī)、干壓機(jī)、流延機(jī)、注塑機(jī)、3D打印機(jī)、模具、干燥設(shè)備、研磨機(jī)、精雕機(jī)、裁片機(jī)、激光設(shè)備、打孔機(jī)、填孔機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)、疊層機(jī)、層壓機(jī)、等靜壓機(jī)、熱切機(jī)、整平機(jī)、排膠爐、燒結(jié)爐、釬焊設(shè)備、電鍍?cè)O(shè)備、化學(xué)鍍、噴銀機(jī)、浸銀機(jī)、端銀機(jī)、真空鍍膜設(shè)備、顯影設(shè)備、去膜設(shè)備、蝕刻機(jī)、濕制程設(shè)備、等離子清洗、超聲波清洗、自動(dòng)化設(shè)備、剝離強(qiáng)度測(cè)試儀、AOI檢測(cè)設(shè)備、打標(biāo)機(jī)；

 

封裝測(cè)試設(shè)備：貼片機(jī)、引線鍵合機(jī)、封蓋機(jī)、平行縫焊封帽、切筋機(jī)、釬焊設(shè)備、激光調(diào)阻機(jī)、網(wǎng)絡(luò)分析儀、熱循環(huán)測(cè)試設(shè)備、測(cè)厚儀、氦氣檢漏儀、老化設(shè)備、外觀檢測(cè)、超聲波掃描顯微鏡、X-光檢測(cè)、激光打標(biāo)、分選設(shè)備、測(cè)包編帶機(jī)等；

 

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

 

二、熱管理產(chǎn)業(yè)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(dǎo)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(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱界面材料、導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱膠帶、灌封膠、熱管/均熱板；

 

2、散熱器件：半導(dǎo)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(tài)金屬散熱器、插針式散熱器等;

 

3、設(shè)備：壓延機(jī)、涂布機(jī)、分條機(jī)、模切機(jī)、復(fù)卷機(jī)、切片機(jī)，CNC設(shè)備、壓鑄/沖壓設(shè)備、熱分析儀器、激光導(dǎo)熱儀、導(dǎo)熱系數(shù)儀、強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、檢測(cè)設(shè)備、自動(dòng)化等。

 

三、功率半導(dǎo)體器件封裝產(chǎn)業(yè)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(dǎo)熱硅凝膠、環(huán)氧灌封膠、焊料（預(yù)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(shè)備及配件：真空焊接爐、貼片機(jī)、固晶機(jī)、引線鍵合機(jī)、X-ray、推拉力測(cè)試機(jī)、等離子清洗設(shè)備、點(diǎn)膠機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)、超聲波掃描設(shè)備、動(dòng)靜態(tài)測(cè)試機(jī)、點(diǎn)/灌膠機(jī)、銀燒結(jié)設(shè)備、垂直固化爐、甲酸真空共晶爐、自動(dòng)封蓋設(shè)備、高速插針機(jī)、彎折設(shè)備、超聲波焊接機(jī)、視覺檢測(cè)設(shè)備、推拉力測(cè)試機(jī)、高低溫沖擊設(shè)備、功率循環(huán)測(cè)試設(shè)備、打標(biāo)機(jī)、檢驗(yàn)平臺(tái)、治具等；

 

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展會(huì)預(yù)定：

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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦陶瓷展）：半導(dǎo)體陶瓷部件的主要生產(chǎn)工藝介紹