La principale technologie de production des composants céramiques pour semi-conducteurs est présentée.
Les composants céramiques pour semi-conducteurs sont des céramiques de pointe, généralement fabriquées à partir de matériaux inorganiques de haute pureté et ultrafins, tels que l'alumine, le carbure de silicium, le nitrure d'aluminium, le nitrure de silicium, l'oxyde d'yttrium, etc. Ces composants comprennent des bras, des buses, des fenêtres, des couvercles de cavités, des mandrins à vide en céramique poreuse, etc. Leur processus de fabrication comprend principalement la préparation des poudres, le moulage des poudres, le frittage à haute température, l'usinage de précision, le contrôle qualité, le traitement de surface, etc.
Préparation en poudre
1) Divers matériaux nécessaires sont ajoutés aux ingrédients pour préparer une poudre répondant à une formule spécifique. Cette poudre peut être préparée par voie solide, liquide ou gazeuse.
2) Broyeur à billes mécanique : Le broyeur à billes est couramment utilisé dans la production industrielle d'équipements de préparation de matières premières. Son revêtement est généralement en céramique, mais il existe aussi des modèles en polymère. La poudre à broyer est introduite dans le broyeur, où sont ajoutées des billes de céramique. Après broyage, la taille des particules de poudre peut atteindre le micron.
3) Les poudres fines céramiques, les précipités, les colloïdes, etc., obtenus par atomisation nécessitent souvent des étapes de lavage, de filtration, de séchage et de calcination. Ces procédés affectent généralement l'homogénéité de la composition, ainsi que la taille et la forme des particules. L'atomisation permet de disperser la solution en fines gouttelettes, de la projeter dans de l'air chaud, et le solvant s'évapore rapidement, ce qui permet d'obtenir une poudre de taille et de forme uniformes. Après atomisation, la poudre présente un grain plus fin lors de la préparation du corps fritté.
Les billettes de céramique sont préparées à partir de poudre élaborée selon une formule spécifique. Les procédés de mise en forme des produits céramiques comprennent généralement le pressage à sec, le pressage isostatique, le moulage, le moulage par injection, le moulage par injection de gel, etc. Ces procédés permettent d'obtenir les ébauches céramiques correspondantes.
1) Moulage par pression à sec Le procédé consiste principalement à granuler une poudre de granulométrie appropriée, à la verser dans la cavité du moule métallique, à appliquer une pression à l'aide d'un indenteur, à déplacer l'indenteur dans la cavité du moule et à transférer la pression aux particules de poudre dans le moule, de sorte qu'elles soient compactées et finalement formées avec une certaine forme et résistance de produits bruts en céramique.
3) Le moulage par coulée est un procédé plus complexe. Il s'agit d'une technique de formage par voie humide permettant de former en une seule étape une ébauche céramique d'une épaisseur de quelques dizaines de microns à quelques millimètres. La barbotine céramique, d'une viscosité et d'une dispersion optimales, s'écoule de la goulotte d'alimentation de la machine de coulée vers le support. Sous l'effet de la tension superficielle, la barbotine s'étale et forme un film lisse sur la surface supérieure. Ce film, associé au support, est ensuite envoyé dans une salle de séchage. Après évaporation du solvant, le liant organique forme un réseau entre les particules céramiques, conférant ainsi à l'ébauche une certaine résistance et flexibilité. L'ébauche sèche est ensuite détachée du support et mise de côté. Selon les besoins du produit, des opérations de découpe, d'emboutissage, de poinçonnage ou autres, suivies d'une cuisson, permettent de finaliser la fabrication.
4) Moulage par injection Le moulage par injection consiste à mélanger un matériau thermoplastique et de la poudre céramique en une solution chaude, puis à l'injecter dans un moule relativement froid. Après refroidissement, la pièce moulée de bonne qualité peut être expulsée du moule. Le procédé permet une production de masse rapide et automatisée, et son processus peut être contrôlé avec précision. Le procédé permet de former des produits céramiques de forme complexe et est largement utilisé.
5) Moulage par injection de gel Le moulage par injection de gel consiste à ajouter une faible concentration de monomère organique à une suspension céramique à haute teneur en solides et à faible viscosité, puis à ajouter un initiateur et à couler, puis à faire en sorte que le monomère organique dans la suspension subisse, dans certaines conditions, une réaction de polymérisation in situ, formant une structure réticulée forte, après solidification de la suspension par démudrage, séchage, élimination du caoutchouc, frittage pour obtenir les pièces céramiques requises.
1) Frittage sous pression atmosphérique : Le frittage sous pression atmosphérique est la méthode de frittage la plus couramment utilisée. Elle consiste à fritter le matériau sans le pressuriser, sous pression atmosphérique. Ce procédé s'effectue généralement sous atmosphère d'oxygène ou sous certaines atmosphères gazeuses spécifiques. Lors du frittage sous pression atmosphérique, la billette formée n'est pas soumise à une pression extérieure ; l'agrégat de particules de poudre est chauffé sous pression atmosphérique pour se transformer en une structure granulaire.
2) Frittage sous vide. Le frittage sous vide consiste à transformer, sous vide, une billette céramique de forme spécifique en un corps fritté dense et dur par une réaction physico-chimique. Les pores de la céramique d'oxyde sont principalement composés d'eau, d'hydrogène et d'oxygène, qui s'échappent par ces pores lors du frittage. En revanche, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et surtout l'azote s'évacuent difficilement par les pores, ce qui réduit la densification du produit. Le frittage sous vide permet d'éliminer tous les gaz, améliorant ainsi la densité du produit.
3) Frittage sous atmosphère contrôlée : Pour les céramiques difficiles à fritter sous pression atmosphérique, on utilise couramment le frittage sous atmosphère contrôlée. Cette méthode consiste à introduire un gaz spécifique dans le four afin de créer l’atmosphère requise, permettant ainsi le frittage des pièces céramiques dans une atmosphère particulière. Selon le matériau, on peut généralement utiliser de l’oxygène, de l’hydrogène, de l’azote, de l’argon ou d’autres gaz.
Usinage de précision
Après frittage de lingots crus de précision, les pièces en céramique ne présentent pas toujours les dimensions requises. Il est donc nécessaire de procéder à une finition du lingot fritté et des produits finis. Généralement, des tours et rectifieuses à commande numérique (CNC) sont utilisés pour usiner, tourner, rectifier, fraiser et percer le lingot afin d'obtenir les pièces céramiques souhaitées. L'usinage CNC de la céramique est un procédé de fabrication par réduction qui utilise une commande numérique pour piloter les machines et les outils de coupe et façonner les pièces. Compte tenu de la dureté, de la résistance et de la fragilité des matériaux céramiques, leur usinage exige une attention particulière. De nombreuses pièces en céramique nécessitent une grande précision, ce qui rend leur fabrication complexe. L'usinage CNC permet un contrôle précis de cette précision et garantit ainsi la régularité de la production.
Contrôle qualité
Les pièces en céramique traitées selon les étapes précédentes doivent être inspectées par des produits artificiels afin de vérifier que leur aspect, leurs dimensions, leur porosité, leur rugosité et leurs autres propriétés répondent aux exigences. Certaines pièces, soumises à des exigences de qualité élevées, nécessitent des tests spécifiques pour garantir leur conformité aux normes. Seules les pièces conformes passent à l'étape suivante ; les autres sont retravaillées ou mises au rebut.
Traitement de surface
Les exigences de propreté des équipements pour semi-conducteurs sont très élevées ; les pièces céramiques semi-conductrices qualifiées doivent également subir un nettoyage de surface plus poussé, généralement par décapage, lavage alcalin, nettoyage aux solvants organiques et autres méthodes. Après nettoyage, le produit est séché, sa qualité est vérifiée à nouveau, et les produits qualifiés peuvent être emballés en salle blanche.
Certaines pièces en céramique doivent répondre à des exigences particulières, mais il est également nécessaire de recourir à la fusion à l'arc, à la projection plasma, à la projection électrostatique, au dépôt en phase vapeur, au nettoyage ultra-propre, à l'anodisation, à la métallisation et à d'autres traitements de surface supplémentaires pour satisfaire aux exigences d'utilisation.
Fountyl Technologies Pte. Ltd. Nous fabriquons des mandrins à vide en céramique, notamment des mandrins en céramique poreuse, à rainure annulaire, à broches et électrostatiques. Ces mandrins offrent une haute résistance à l'usure, une excellente résistance à la corrosion par plasma, une grande robustesse à haute température et une bonne conductivité thermique. Ils sont personnalisables pour répondre aux besoins spécifiques de nos clients. Grâce à une technologie de production avancée et des méthodes de contrôle rigoureuses, nous garantissons la haute qualité de nos produits et nous nous engageons à fournir à nos clients des solutions d'application céramique de pointe.
