Тъй като процесите на производство на полупроводници се придвижват към възли с нанометров-мащаб, оборудването за основни процеси като ецващи машини и системи за отлагане на тънки-слои е изправено пред все по-строги изисквания за прецизност на обработката, чистота и добив. На този фон прецизните керамични компоненти се превърнаха в ключ към осигуряването на стабилност на процеса. Сред тях структурните части от алуминиев оксид представляват приблизително 45% от пазара на прецизни керамични компоненти, което ги прави най-широко използваните. И така, как алуминиевата керамика, привидно основен материал, се превръща в незаменим "стандартен материал" за многобройно полупроводниково оборудване?
Основни изисквания за производство на полупроводници за алуминиева керамика
Производството на полупроводници е „деликатна задача, изпълнявана при екстремни условия“, включваща високи температури, силна корозия, високо напрежение и прецизно триене. Керамичните структурни части от алуминиев оксид се открояват благодарение на своята комбинация от трудно{1}}за-сравняващи се свойства, като устойчивост на корозия, висока-температурна устойчивост, висока чистота и висока изолация, перфектно съобразени със строгите изисквания на полупроводниковата индустрия:
Устойчивост на плазмена ерозия: При процеси на ецване, той е устойчив на силно корозивна плазма, избягвайки замърсяване с частици.
Устойчивост на термичен удар и стабилност на размерите: По време на процеси на отлагане, включващи чести температурни промени, той поддържа микрон{0}}прецизност на нивото, като гарантира точно позициониране на пластината.
Висока чистота: В ултра{0}}чисти среди, като фотолитография и инспекция, не отделя почти никакви частици, запазвайки добива.
Понастоящем чистотата на алуминиевата керамика, използвана в полупроводниковото оборудване, обикновено е над 99,5%, като алуминиевата керамика с клас -ецване достига чистота над 99,8% и дори достига степен 4N (99,99%). Тези материали изглеждат прозрачни или полу-прозрачни, с показатели за ефективност, сравними с моно-кристалния сапфир. Освен това, поради тяхната фина-зърнеста структура, някои свойства като якост на огъване и якост на натиск може дори да надминат тези на моно-кристалния сапфир.
Процеси на подготовка и тенденции на развитие
Подготовката на керамични компоненти от двуалуминиев оксид е процес на мултидисциплинарен системен инженеринг, който включва основно подготовка на прах, формоване, синтероване, прецизна обработка, проверка на качеството и повърхностна обработка. Сред тях процесите на формоване и синтероване имат решаващо въздействие върху микроструктурата и механичните свойства на керамичните материали от алуминиев оксид, което ги прави две критични стъпки в производството на керамика от алуминиев оксид.
(1) Приготвяне на прах
Суровините от алуминиев оксид с висока-чистота се подлагат на дозиране, механично топково смилане и сушене чрез пулверизиране, за да се получи гранулиран прах с еднакъв размер на частиците и добра течливост.
(2) Процес на формиране
Формоването включва оформяне на алуминиевия прах в керамично зелено тяло. В зависимост от формата и изискванията за прецизност на компонента се избират методи като сухо пресоване, изостатично пресоване, леене на лента или леене под налягане. Понастоящем сухото пресоване, комбинирано със студено изостатично пресоване, се използва предимно за формиране на заготовки от алуминиев оксид.
(3) Високотемпературно синтероване
Агломерирането включва нагряване на праха, за да се предизвика свързване на частиците, което води до миграция на материала, уплътняване и рекристализация. За уплътняване на зеленото тяло се използват методи като синтероване без налягане, горещо пресоване или горещо изостатично пресоване. Двуалуминиевият оксид с висока{2}}чистост обикновено изисква температури на синтероване от 1600–1800 градуса.
(4) Прецизна обработка
Използвайки CNC стругове и мелници, синтерованото тяло се нарязва, стругова, шлифова, фрезова и пробива, за да се получат желаните керамични компоненти. CNC обработката на керамика се отнася до субтрактивния производствен процес, контролиран от компютри за управление и манипулиране на машини и режещи инструменти, постигайки точност на размерите на микрон-ниво и осигурявайки последователност в множество части.
(5) Повърхностна обработка и проверка на качеството
Полупроводниковата индустрия налага изключително високи изисквания за чистота. След преминаване на проверка на качеството, полупроводниковите керамични компоненти се подлагат на допълнително повърхностно почистване, обикновено чрез използване на методи като киселинно почистване, алкално почистване или почистване с органичен разтворител. След като бъдат почистени и изсушени, продуктите се -проверяват повторно за качество. След това квалифицираните продукти се пакетират в чиста стая.
За керамични компоненти със специални изисквания могат да се прилагат допълнителни повърхностни обработки като електродъгово пръскане, плазмено пръскане, електростатично пръскане, отлагане на пари, ултра{0}}чисто почистване, анодиране или метализиране, за да отговарят на работните стандарти.
