همانطور که فرآیندهای تولید نیمهرسانا به سمت گرههای{0}}مقیاس نانومتری پیش میروند، تجهیزات فرآیند اصلی مانند اچرها و سیستمهای رسوبگذاری لایه نازک{1} با الزامات سختگیرانهتری برای دقت، خلوص و بازده پردازش مواجه هستند. در مقابل این پسزمینه، اجزای سرامیکی دقیق کلید تضمین ثبات فرآیند شدهاند. در این میان، قطعات ساختاری سرامیکی آلومینا تقریباً 45٪ از بازار قطعات سرامیکی دقیق را به خود اختصاص داده است و آنها را به پرمصرف ترین آنها تبدیل می کند. بنابراین، چگونه سرامیک آلومینا، به ظاهر یک ماده اولیه، تبدیل به یک "مواد استاندارد" ضروری برای تجهیزات نیمه هادی های متعدد می شود؟
الزامات اصلی ساخت نیمه هادی برای سرامیک آلومینا
تولید نیمه هادی یک "کار ظریفی است که در شرایط شدید انجام می شود" که شامل دماهای بالا، خوردگی قوی، ولتاژ بالا و اصطکاک دقیق است. قطعات ساختاری سرامیکی آلومینا به دلیل ترکیبی از خواص سخت-- مانند مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت بالا، تمیزی بالا و عایق کاری بالا که کاملاً با نیازهای سخت صنعت نیمه هادی هماهنگ است، برجسته می شوند:
مقاومت در برابر فرسایش پلاسما: در فرآیندهای اچ کردن، در برابر پلاسمای بسیار خورنده مقاومت می کند و از آلودگی ذرات جلوگیری می کند.
مقاومت در برابر شوک حرارتی و پایداری ابعادی: در طول فرآیندهای رسوب گذاری که شامل تغییرات مکرر دما می شود، دقت میکرونی{0}} را حفظ می کند و از موقعیت دقیق ویفر اطمینان می دهد.
تمیزی بالا: در محیطهای{0} بسیار تمیز مانند فوتولیتوگرافی و بازرسی، تقریباً هیچ ذرهای آزاد نمیکند و از عملکرد محافظت میکند.
در حال حاضر، خلوص سرامیک های آلومینا مورد استفاده در تجهیزات نیمه هادی عموماً بالای 99.5٪ است، سرامیک های آلومینا درجه اچ-به خلوص بالاتر از 99.8٪ می رسد و حتی به درجه 4N (99.99٪) می رسد. این مواد شفاف یا نیمه{6}}شفاف به نظر میرسند و شاخصهای عملکردی آن با یاقوت کبود تک بلوری قابل مقایسه است. علاوه بر این، به دلیل ساختار دانهای ظریف، ویژگیهای خاصی مانند مقاومت خمشی و مقاومت فشاری حتی ممکن است از یاقوت کبود تک بلوری فراتر رود.
فرآیندهای آماده سازی و روند توسعه
آمادهسازی اجزای سرامیکی آلومینا یک فرآیند مهندسی سیستم چند رشتهای است که عمدتاً شامل آمادهسازی پودر، شکلدهی، پخت، ماشینکاری دقیق، بازرسی کیفیت و عملیات سطحی است. در این میان، فرآیندهای شکلدهی و تف جوشی تأثیر تعیینکنندهای بر ریزساختار و خواص مکانیکی مواد سرامیکی آلومینا دارند و آنها را به دو مرحله حیاتی در تولید سرامیک آلومینا تبدیل میکنند.
(1) آماده سازی پودر
مواد خام آلومینا با خلوص بالا-برای تولید پودر دانهبندی با اندازه ذرات یکنواخت و روانپذیری خوب، بچینگ، آسیاب مکانیکی گلولهای و خشککردن اسپری میشوند.
(2) فرآیند شکل گیری
شکل دهی شامل شکل دادن پودر آلومینا به یک بدنه سبز سرامیکی است. بسته به شکل و دقت مورد نیاز قطعه، روش هایی مانند پرس خشک، پرس ایزواستاتیک، ریخته گری نواری یا قالب گیری تزریقی انتخاب می شوند. در حال حاضر، پرس خشک همراه با پرس ایزواستاتیک سرد در درجه اول برای تشکیل بلانک های آلومینا استفاده می شود.
(3) تف جوشی با دمای بالا
تف جوشی شامل حرارت دادن پودر برای ایجاد پیوند ذرات است که منجر به مهاجرت مواد، متراکم شدن و تبلور مجدد می شود. روش هایی مانند تف جوشی بدون فشار، پرس گرم یا پرس گرم ایزواستاتیک برای متراکم کردن جسم سبز استفاده می شود. آلومینا با خلوص بالا معمولاً به دمای تف جوشی 1600-1800 درجه نیاز دارد.
(4) ماشینکاری دقیق
با استفاده از تراش ها و آسیاب های CNC، بدنه سینتر شده برش، چرخانده، آسیاب، آسیاب و سوراخ می شود تا اجزای سرامیکی مورد نظر تولید شود. ماشینکاری CNC سرامیک به فرآیند تولید کاهشی اشاره دارد که توسط کامپیوترها برای کارکردن و دستکاری ماشینها و ابزارهای برش کنترل میشود و به دقت ابعادی در سطح میکرون- دست مییابد و از ثبات در چندین بخش اطمینان مییابد.
(5) تصفیه سطح و بازرسی کیفیت
صنعت نیمه هادی الزامات تمیزی بسیار بالایی را اعمال می کند. پس از گذراندن بازرسی کیفیت، اجزای سرامیکی نیمه هادی تحت تمیز کردن سطح بیشتری قرار می گیرند، معمولاً از روش هایی مانند تمیز کردن اسیدی، تمیز کردن قلیایی یا تمیز کردن با حلال آلی استفاده می شود. پس از تمیز کردن و خشک شدن، محصولات از نظر کیفیت دوباره-بازرسی می شوند. سپس محصولات واجد شرایط در اتاق تمیز بسته بندی می شوند.
برای اجزای سرامیکی با الزامات ویژه، درمانهای سطحی اضافی مانند پاشش قوس الکتریکی، پاشش پلاسما، پاشش الکترواستاتیک، رسوب بخار، تمیز کردن فوق{0} تمیز، آنودایز کردن، یا متالیزاسیون ممکن است برای برآورده کردن استانداردهای عملیاتی اعمال شود.
