隨著科技的進(jìn)步，手機(jī)、電腦、電動(dòng)汽車、機(jī)器人等智能產(chǎn)品融入到人們的生活中。這些產(chǎn)品中存在著大量的半導(dǎo)體芯片，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(kāi)半導(dǎo)體設(shè)備，里面大部分部件是陶瓷零部件，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，涉及的陶瓷材料通常包括氧化鋁、碳化硅、氮化鋁、氮化硅、氧化釔等。陶瓷制品成型方法通常包括干壓成型、流延成型、注射成型、熱等靜壓成型、冷等靜壓成型、注漿成型、擠壓成型、熱壓鑄成型、凝膠注模成型、直接凝固注模成型等多種方法。
表 半導(dǎo)體陶瓷零部件成型方式比較
1.?干壓成型
干壓成型是制造半導(dǎo)體元件的一種常見(jiàn)工藝。該工藝主要通過(guò)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。
?2.?流延成型
流延成形技術(shù)是一種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)。將具有一定黏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(kāi)，在表面張力的作用下，生成光滑上表面的坯模，將坯模連同基帶一起送到烘干室內(nèi)，在溶劑揮發(fā)后，有機(jī)黏結(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。再根據(jù)需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行切削、沖壓、穿孔等工序，再進(jìn)行燒制，即可完成產(chǎn)品的加工。
3.?注射成型
注射成型是一種新型的制造陶瓷零部件的技術(shù)，其生產(chǎn)過(guò)程主要分為：注射料的制備、注射成型、脫脂、燒結(jié)4個(gè)環(huán)節(jié)。常用來(lái)制備幾何形狀復(fù)雜及有特殊要求的小型陶瓷零部件。
4. ?等靜壓成型
等靜壓成型包括熱等靜壓成型和冷等靜壓成型。等靜壓成型可以從各個(gè)方位傳遞壓力，從而保證板料的致密化。
1）熱等靜壓工藝
這種方法是在高溫高壓下，原子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，使得陶瓷中的氣孔遷移到晶界或工件表面，達(dá)到減少和消除氣孔的作用。熱等靜壓工藝通過(guò)薄壁預(yù)應(yīng)力繞線單元，可以使其均勻快速地冷卻，與自然冷卻過(guò)程相比，生產(chǎn)效率大大提高。
2）冷等靜壓工藝
這種方法能夠在常溫或稍高溫(<93℃)條件下對(duì)陶瓷或金屬粉施加高100~600MPa，從而得到“生坯”，并將其燒結(jié)至最終強(qiáng)度。
5. 注漿成型
注漿工藝是陶瓷規(guī)模化生產(chǎn)普遍使用的一種成型方法。它是將具有較高固相含量和良好流動(dòng)性的料漿注射到多孔石膏模具里面，由于多孔模板擁有毛細(xì)管吸力，模板內(nèi)壁會(huì)從漿料中汲取水分，進(jìn)而沿著模壁形成固化的坯體，待坯體形成一定的強(qiáng)度后，就可以脫模。
6. 擠壓成型
擠壓成型是把陶瓷粉末、黏土或有機(jī)黏結(jié)劑、水進(jìn)行混合，多次混煉，真空除氣、陳腐后，使擠出的坯料具有較好的塑性和均勻性。之后在擠出螺旋或柱塞的作用下，由擠壓機(jī)嘴處的模具擠出，從而得到所需形狀的產(chǎn)品。
7. 熱壓鑄成型
熱壓鑄成型過(guò)程中，主要利用石蠟受熱熔化，遇冷凝固的特點(diǎn)，把陶瓷粉料和熱石蠟液進(jìn)行均勻的混合，形成一種可以流動(dòng)的漿料。在一定的壓力下將漿料注入金屬模板中成型，待冷卻蠟漿凝結(jié)后，脫模取出已經(jīng)成型好的坯體。對(duì)坯體進(jìn)行修整，再通過(guò)高溫脫蠟，最后燒結(jié)制成成品。
8.?凝膠注模成型
凝膠注模成型是在含有有機(jī)物的溶液中，把陶瓷粉料分散開(kāi)來(lái)，制備成高固相懸浮體。然后，再把懸浮體注入一定形狀的模具中，在一定的催化、溫度條件下，有機(jī)單體通過(guò)聚合-形成凝膠-懸浮體原位凝固-干燥，就可以得到較高強(qiáng)度的坯體。
9.?直接凝固注模成型
直接凝固注模成型是一種新型的陶瓷凈尺寸膠態(tài)成型方法。這種方法把傳統(tǒng)的陶瓷工藝和化學(xué)理論結(jié)合在一起，利用催化劑或引發(fā)劑使加入懸浮液中的有機(jī)單體發(fā)生交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而導(dǎo)致原位固化。
資料來(lái)源：
1.半導(dǎo)體陶瓷零部件的研究進(jìn)展，陶近翁,等.
2.半導(dǎo)體陶瓷零部件種類及應(yīng)用，陶近翁,等.
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