Semicorex-Keramik wird in der Halbleiterverarbeitung eingesetzt

Mit der Weiterentwicklung der Technologie sind intelligente Produkte wie Mobiltelefone, Computer, Elektrofahrzeuge und Roboter in das Leben der Menschen integriert worden. Diese Produkte enthalten eine große Anzahl von Halbleiterchips, und für die Chipherstellung sind Halbleitergeräte wie Ätzmaschinen, Lithographiemaschinen und Ionenimplantierer erforderlich. Beim Öffnen eines Halbleiterbauelements erkennt man, dass es sich bei den meisten Bauteilen um Keramikteile handelt. Keramikteile verfügen über hervorragende Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Präzision und hohe Festigkeit, wodurch sie sich gut für den Einsatz in Halbleitergeräten eignen. Die meisten Keramikteile als Schlüsselkomponenten in Halbleiterfertigungsprozessen stehen in direktem Kontakt mit dem Wafer und ermöglichen so eine hochpräzise Steuerung und schnelle Erwärmung und Abkühlung der Waferoberflächentemperatur.

Halbleiterkeramikteile gehören zur Hochleistungskeramik, und die beteiligten Keramikmaterialien umfassen typischerweise Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid und Yttriumoxid. Zu den Verfahren zur Formung keramischer Produkte gehören typischerweise Trockenpressen, Bandgießen, Spritzgießen, Heißisostatisches Pressen, Kaltisostatisches Pressen, Schlickerguss, Extrusionsformen, Heißdruckguss, Gelguss und Direkterstarrungsguss.

1. Trockenpressungen

Trockenpressen ist ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen. Bei diesem Verfahren wird in erster Linie granuliertes Pulver mit einer geeigneten Partikelgrößenverteilung in einen Metallformhohlraum gegossen und mit einem Druckkopf Druck ausgeübt. Der Druckkopf bewegt sich innerhalb des Formhohlraums, überträgt Druck auf die Pulverpartikel und verdichtet diese, wodurch letztendlich ein Keramikrohling mit einer bestimmten Form und Festigkeit entsteht.

2. Casting

Beim Gießen handelt es sich um eine Nassformungstechnologie, mit der in einem einzigen Prozess Keramikrohlinge mit Dicken im Bereich von mehreren zehn Mikrometern bis hin zu Millimetern hergestellt werden können. Eine Keramikaufschlämmung mit guter Viskosität und Dispersion fließt aus der Aufschlämmungsrille einer Gießmaschine auf ein Substrat. Die Aufschlämmung verteilt sich und unter Oberflächenspannung entsteht ein Rohling mit einer glatten Oberfläche. Der Rohling wird zusammen mit dem Substrat in eine Trockenkammer geschickt. Nachdem das Lösungsmittel verdunstet ist, bildet ein organischer Binder ein Netzwerk zwischen den Keramikpartikeln, wodurch ein Rohling mit einer gewissen Festigkeit und Flexibilität entsteht. Der getrocknete Rohling wird vom Untergrund abgezogen und zur späteren Verwendung aufgerollt. Die weitere Bearbeitung wie Schneiden, Stanzen und Lochen mit anschließendem Brennen rundet den Produktherstellungsprozess ab.

3. Spritzguss

Spritzguss ist eine neuartige Technologie zur Herstellung von Keramikteilen. Der Produktionsprozess besteht im Wesentlichen aus vier Schritten: Vorbereitung des Injektionsmaterials, Spritzgießen, Entbindern und Sintern. Es wird häufig zur Herstellung kleiner Keramikteile mit komplexen Geometrien und besonderen Anforderungen eingesetzt.

4. Isostatisches Pressen

Das isostatische Pressen umfasst heißisostatisches Pressen und kaltisostatisches Pressen. Durch isostatisches Pressen kann Druck aus allen Richtungen übertragen werden und so die Verdichtung des Plattenmaterials gewährleistet werden.

1) Heißisostatischer Pressprozess

Diese Methode verstärkt die Atomdiffusion unter hoher Temperatur und hohem Druck, wodurch Poren in der Keramik zu Korngrenzen oder zur Werkstückoberfläche wandern und so die Porosität verringert oder beseitigt wird. Beim heißisostatischen Pressen werden dünnwandige, vorgespannte Wickeleinheiten verwendet, die eine gleichmäßige und schnelle Abkühlung ermöglichen und die Produktionseffizienz im Vergleich zur natürlichen Kühlung deutlich verbessern.

2) Kaltisostatischer Pressprozess

Bei dieser Methode werden 100 bis 600 MPa auf Keramik- oder Metallpulver bei Raumtemperatur oder etwas höheren Temperaturen (<93 °C) angewendet, um einen „Grünkörper“ zu erhalten, der dann auf seine endgültige Festigkeit gesintert wird.

5. Schlickerguss

Schlickerguss ist ein häufig verwendetes Formverfahren in der Keramikproduktion im großen Maßstab. Dabei wird eine Aufschlämmung mit hohem Feststoffgehalt und guter Fließfähigkeit in eine poröse Gipsform eingespritzt. Aufgrund der Kapillarsaugwirkung der porösen Form wird Wasser durch die Innenwand der Form aus der Aufschlämmung angesaugt und bildet entlang der Formwand einen verfestigten Grünkörper. Sobald der Grünkörper eine bestimmte Festigkeit erreicht hat, kann er entformt werden.

6. Extrusionsformen

Beim Extrusionsformen werden Keramikpulver, Ton oder organisches Bindemittel und Wasser gemischt, wiederholt geknetet, im Vakuum entgast und gealtert, um dem extrudierten Grünkörper eine gute Plastizität und Gleichmäßigkeit zu verleihen. Anschließend wird es unter der Wirkung einer Extrusionsschnecke oder eines Kolbens durch eine Düse an der Extruderdüse extrudiert, um die gewünschte Produktform zu erhalten.

7. Heißpressguss

Beim Heißpressguss wird hauptsächlich die Eigenschaft genutzt, dass Paraffin beim Erhitzen schmilzt und beim Abkühlen erstarrt. Keramikpulver und heißes Paraffinwachs werden gleichmäßig vermischt, um eine fließfähige Aufschlämmung zu bilden. Unter einem bestimmten Druck wird Schlicker in eine Metallform eingespritzt, um einen Grünkörper zu bilden. Nach dem Abkühlen und Erstarren wird der Grünkörper entformt und entnommen. Anschließend wird der Grünkörper beschnitten, bei hoher Temperatur entparaffiniert und schließlich gesintert, um das fertige Produkt herzustellen.

8. Gelguss

Beim Gelgießen wird Keramikpulver in einer Lösung mit organischem Material dispergiert, um eine Suspension mit hohem Feststoffgehalt herzustellen. Diese Suspension wird dann in eine Form mit einer bestimmten Form eingespritzt. Unter bestimmten katalytischen und Temperaturbedingungen polymerisieren die organischen Monomere, bilden ein Gel, verfestigen die Suspension in situ und trocknen, was zu einem Grünkörper mit hoher Festigkeit führt.

9. Direkterstarrungsguss

Der Direkterstarrungsguss ist eine neuartige Methode zur Bildung keramischer kolloidaler Strukturen in Nettogröße. Diese Methode kombiniert traditionelle Keramiktechnologie mit chemischer Theorie und verwendet Katalysatoren oder Initiatoren, um eine Vernetzung der der Suspension zugesetzten organischen Monomere zu bewirken und so eine Netzwerkstruktur zu bilden, die zu einer In-situ-Verfestigung führt.

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