I halvledartillverkningsutrustning används keramiska precisionskomponenter (såsom elektrostatiska chuckar (ESC), fokusringar, isolerande stöd, vakuumkammarfoder och andra kärnpositioner) i stor utsträckning i kärnpositioner på grund av deras överlägsna höga temperaturbeständighet, plasmaerosionsbeständighet, höga isoleringsegenskaper och låga termiska deformationsegenskaper. Keramiska material är emellertid i sig spröda material med hög hårdhet, ingen plastisk deformationsförmåga och fysikaliska egenskaper som är extremt känsliga för termisk stress och termisk chock. Detta innebär att traditionellt mekaniskt konstruktionstänkande för metaller eller plaster helt misslyckas inom keramikområdet - metaller kan absorbera spänningskoncentrationer genom lokal plastisk eftergivning, medan keramik först får sprödbrott när deras elasticitetsgräns överskrids. Därför, för att designa keramiska precisionsritningar som verkligen tar hänsyn till funktionskrav och bearbetningsmöjlighet, måste design för tillverkningsbarhet (DFM) integreras i hela processen med geometrisk konfiguration, toleranssystem, monteringsgränssnitt och materialegenskaper.

1. Begränsningar för geometrisk konfiguration och processteknik

Ur perspektivet av geometrisk konfigurationsoptimering måste ritningsdesignen överensstämma med processgränserna för modern keramisk bearbetningsteknik (såsom diamantslipning, ultraljudsbearbetning, laserskärning och grönbearbetning) i största utsträckning. I strukturell design är eliminering av spänningskoncentrationskällor den första principen. Skarpa inre hörn (såsom rätvinkliga övergångar) bör undvikas på ritningar, eftersom dessa områden lätt kan bli källan till mikrosprickinitiering och expansion under temperaturspänningsfältet under sintringsprocessen och efterföljande mekanisk bearbetning, vilket leder till bearbetningskantflisning eller servicebrott. Alla invändiga hörn ska utformas så stora som möjligt övergångsskivor (R-hörn); om räta vinklar måste bibehållas på grund av monteringskrav måste underskurna spår eller avlastningsspår läggas till strukturen. Samtidigt är väggtjocklekens enhetlighet central för att bestämma kvaliteten på keramisk sintring. Eftersom industriell keramik bildas av pulver och förtätas genom sintring vid hög temperatur, kommer den enorma skillnaden i tvärsnittstjocklek att leda till ojämn krympning, vilket orsakar kraftig deformering, inre restspänningar och till och med sprickbildning. Dessutom bör djupa kaviteter, djupa blinda hål och strukturer med högt bildförhållande vara strikt begränsade i funktionsdesign, eftersom detta inte bara kommer att göra att diamantsliphuvuden och ultraljudsbearbetningsverktyg utsätts för allvarlig otillräcklig styvhet och verktygsslitage, utan kommer också att avsevärt försämra spånetvakuering och kylningsförhållanden.

2. Vetenskaplig avvägning mellan toleranssystem och ytkvalitet

När det gäller att definiera toleranssystem och ytkvalitet måste ingenjörer överge tröghetstänkandet att "ju högre noggrannhet, desto bättre." Alltför höga toleranser är ansvariga för skyhöga bearbetningskostnader och höga skrothastigheter av tekniska keramiska komponenter. Även om avancerad keramik (såsom aluminiumoxid, aluminiumnitrid, kiselkarbid) kan uppnå submikrondimensionell noggrannhet genom precisionsslipning, får ritningar inte införa strikta toleranser för alla dimensioner utan åtskillnad. Dimensioner som inte är relaterade till passande ytor, fria ytor eller monteringsplacering bör vara tillräckligt avslappnade för att de ska kunna följa konventionella grönformnings- eller sintringstoleranser för keramik. Märkningen av ytjämnhet (Ra) måste vara målinriktad - den obearbetade sintrade originalytan har vanligtvis en högre grovhet, medan funktionella ytor (såsom wafervakuumadsorptionsyta, dynamisk tätningsprecisionsuppriktningsyta, högfrekvent och högspänningsisoleringsyta) måste tydligt specificera kraven för precisionsdiamantslipning och partikelslipning, deras faktiska tribologiska prestanda, slipning och polering. genereringshastighet och vakuumförseglingsegenskaper.

3. Monteringsgränssnitt och termisk expansionsanpassning

Dessutom bestämmer de extrema arbetsförhållandena för halvledarutrustning att keramiska delar måste monteras med metallkonstruktionsdelar, vilket innebär stora utmaningar för monterings- och fästgränssnittsdesignen i ritningarna. Eftersom hård keramik inte kan gängas direkt för att skapa pålitliga gängor (direkt gängning kan lätt leda till sprickor i tandprofilen eller tandglidning), bör utformningen av direkt gängade invändiga gängor på den keramiska kroppen undvikas helt i ritningarna. Rimliga alternativ inkluderar: utformning av genomgående hål med försänkta huvuden eller steg, och användning av genomgående metallbultar för fastspänning och fixering; användning av oorganiska högtemperaturlim eller varma hylsor med inbäddade metallinsatser; eller använda precisionstryckplattor och flänsstrukturer för att pressa keramiska delar på metallbasen. Mer kritiskt är att stora skillnader i värmeutvidgningskoefficienter måste kompenseras för i ritningar och passningstoleranser. Den termiska expansionskoefficienten för keramer (som aluminiumoxid, kiselkarbid) är mycket lägre än för strukturella metaller som rostfritt stål, aluminiumlegeringar eller titanlegeringar. Om tillräckliga termiska expansionsgap inte reserveras mellan matchande hål eller stift under konstruktionen, när halvledarkaviteten genomgår högtemperaturprocesser (såsom CVD, varmväggseffekt av Etch-hålighet eller högtemperaturbakning), eftersom expansionshastigheten för metall är mycket större än den för keramer, kommer extruderingsspänningar oundvikligen att generera dem på katastromiska delar utan frakturer. varning.

4. Definition av viktiga tekniska krav

Slutligen måste en mogen och standardiserad halvledarkeramisk ingenjörsritning ha helt entydiga definitioner av materialegenskaper och efterbearbetningsprocesser i de tekniska kraven eller rubrikkolumnen. Detta inkluderar huvudsakligen följande fyra kärndimensioner:

• Materialklass och renhet: Till exempel används 6 % eller 99,9 % högren aluminiumoxid och reaktionssintrad kiselkarbid för att strikt kontrollera risken för kontaminering av avancerade halvledarprocesser av spårföroreningar som alkalimetaller.
• Kompakthets- och lufttäthetsindikatorer: Definiera tydligt om delen måste vara absolut tät med noll öppna porer (för att uppfylla kraven i miljöer med ultrahögt vakuum), eller om en struktur med en specifik porositet är tillåten.
• Edge Microprocessing Specifikationer: Det är obligatoriskt att alla vassa kanter är lätt avfasade eller trubbiga (t.ex. inom 2 × 45° eller R0,2) för att eliminera mikroskopiska grader och förhindra generering av mikroskopiska partiklar under renrumshantering och montering.
• Rengöring och förpackningsspecifikationer: Slutprodukten måste genomgå ultraljudsrengöring och torkning med avjoniserat vatten av hög renhet och förpackas i en vakuumförpackning med dubbelt lager som uppfyller standarder för halvledarrenrum.