Черная пористая алюмооксидная керамика: светопоглощающий материал для вакуумных керамических держателей полупроводников.
В последние годы, благодаря постоянному улучшению характеристик продукции и объемов производства Интегральная схемаs, спрос на вакуумные зажимные приспособления, обеспечивающие более высокую точность и производительность зажима компонентов, увеличивается. Вакуумный зажимной приспособление подключается к вакуумному оборудованию через соединительный патрубок. Когда вакуумный зажим входит в контакт с обрабатываемым объектом, таким как листовые или пленочные материалы, вакуумное оборудование начинает работать, создавая отрицательное давление внутри вакуумного зажима. Под действием атмосферного давления обрабатываемый объект прочно прилегает к вакуумному зажимному приспособлению, после чего может быть выполнена соответствующая операция обработки. Когда обрабатываемая заготовка завершена, вакуумное оборудование останавливается, и в вакуумный зажимной приспособление медленно нагнетается воздух. Заготовка автоматически отделяется от вакуумного зажимного приспособления, завершая процессы зажима, обработки и перемещения заготовки. Традиционные вакуумные зажимные приспособления представляют собой металлические зажимные приспособления со сквозным отверстием, такие как зажимные приспособления из алюминиевого сплава и нержавеющей стали. Из-за большого размера адсорбционных отверстий, при адсорбции и фиксации поверхностно монтируемых/тонкопленочных компонентов, давление газа будет вызывать локальную упругую деформацию тонкого листа или тонкопленочного материала вблизи адсорбционных отверстий, что оказывает неблагоприятное воздействие на последующие технологические операции, такие как печать схем. В настоящее время в качестве вакуумных держателей обычно используется пористая керамика с размером пор на уровне микрометров. Между тем, для предотвращения помех, вызванных рассеянным светом, отраженным от держателя во время фотолитографической обработки электронных компонентов, цвет вакуумного держателя должен быть черным. В настоящее время все черные пористая керамические вакуумные держатели, используемые производителями электронных компонентов в нашей стране, импортируются из-за рубежа и стоят очень дорого.
Таким образом, исследование и создание компанией Fountyl Technologies новых вакуумных патронов из черной пористой керамики имеет большое значение и открывает широкие перспективы применения для устранения импортозависимости и снижения производственных затрат отечественных предприятий. Черная алюмооксидная керамика изготавливается путем спекания Al2O3 в качестве основного компонента, оксидов переходных металлов в качестве красителей и добавок спекающих добавок при определенной температуре. Краситель является важным компонентом данного типа керамики и определяет конечный цвет. При выборе красителей для такой керамики, используемой в вакуумных патронах, необходимо обеспечить степень окрашивания, механическую прочность, пористость и размер пор вакуумного патрона.
В настоящее время в стране и за рубежом в качестве красителей широко используются оксиды переходных металлов, такие как Fe2O3, CoO, NiO, Cr2O3, MnO2 и др., среди которых наиболее часто используются Fe2O3, CoO, NiO и MnO2. Это связано с тем, что оксид алюминия относительно слабо улетучивается при высоких температурах, в то время как для оксидов переходных металлов наблюдается обратная тенденция: чем выше температура, тем быстрее улетучивается. Эти оксиды образуют соединения типа шпинели при высокотемпературном спекании, и их летучесть снижается. Поэтому для подавления улетучивания оксидов переходных металлов следует выбирать соответствующие условия процесса, позволяющие им образовывать соединения типа шпинели при более низких температурах.
Приготовление черной алюмооксидной керамики
В настоящее время в промышленности применяются двухстадийное и одностадийное спекание. Метод спеканияs часто используются для приготовления такой керамики. Синтетический метод - это оксид алюминия, закрашенный, сорастворитель напрямую в соответствии с определенной пропорцией и процессом для приготовления алюминиевой сажи. Этот метод прост в процессе, но окраска керамики немного хуже, чем у метода вторичного синтеза. Причина в том, что красящие оксиды, такие как Fe2O3, Cr2O3, CoO, V2O5, NiO и Mn2O3, обладают сильной летучестью при высоких температурах. Метод вторичного синтеза включает в себя сначала синтез черных пигментов с использованием некоторых оксидов металлов, а затем получение черного оксида алюминия путем объединения черных пигментов, сорастворителей и оксида алюминия в определенной пропорции и процессе. Этот метод довольно сложен в процессе и имеет высокое энергопотребление.
Черная пористая керамика из оксида алюминия была изготовлена методом литья под давлением геля.
Пористая алюмооксидная керамика – это тип керамического материала, матрицей которого является оксид алюминия. Керамический материал спекается при высоких температурах и содержит большое количество микропор или пористых структур, которые взаимосвязаны и сообщаются с поверхностью. Структура пор и химический состав пористой керамики напрямую влияют на её морфологию и свойства, а важнейшим фактором, влияющим на структуру пор, является процесс и способ изготовления.
Метод литья под давлением геля предполагает добавление высокомолекулярных органических веществ в керамическую суспензию. В результате реакции полимеризации керамическая суспензия затвердевает in situ, образуя сырец. Вода из сырца испаряется, оставляя поры. Затем проводится спекание при высоких температурах для разложения высокомолекулярных органических веществ в сырце. Таким образом, получается пористый керамический материал с определённой пористостью. Пористость чёрной пористой алюмооксидной керамики, используемой для вакуумных держателей, должна достигать около 40%.
В процессе приготовления черной пористой керамики из оксида алюминия добавляют соответствующее количество спекающих добавок. Поскольку постоянная решетки матрицы оксида алюминия не сильно отличается от постоянной решетки некоторых спекающих добавок, в процессе спекания легко образуются твердые растворы или новые фазы, что приводит к искажению решетки и, таким образом, снижению температуры спекания. Оксид (MnO2) образует жидкую фазу в процессе спекания. Из-за текучести жидкой фазы и действия поверхностных сил скорость диффузии атомов ускоряется, способствуя образованию смешанных шпинельных соединений и приводя к тому, что керамические образцы имеют различную степень окраски. Согласно соответствующим экспериментальным исследованиям, при одинаковом содержании спекающих добавок уменьшение содержания оксида алюминия и увеличение содержания красителей приведет к углублению цвета.
Влияние спекающих добавок и красителей на черную пористую алюмооксидную керамику
Подготовка с методом керамической пористости может достигать 95%, как правило, для наномасштабной апертуры, а распределение пористости относительно равномерное, в процессе подготовки пористой алюминиевой керамики черного цвета добавьте нужное количество спекающих добавок, из-за того, что постоянная решетки подложек из оксида алюминия была схожей, с некоторыми спекающими добавками в процессе спекания легко образовывать твердый раствор или новую фазу, делают искажение решетки, тем самым снижая температуру спекания; оксид (MnO2) генерирует жидкую фазу во время процесса спекания. Из-за текучести жидкой фазы и действия поверхностных сил скорость диффузии атомов ускоряется, способствуя образованию смешанных шпинельных соединений и вызывая керамические образцы, представляющие различную степень цвета. Согласно соответствующим экспериментальным исследованиям, когда содержание спекающих добавок одинаково, уменьшение содержания оксида алюминия и увеличение содержания красителей углубит цвет.
Поскольку температура спекания образцов, полученных методом литья под давлением геля, составляет 1250 °C, что относительно низко, а оксиды Fe2O3 и MnO2 обладают как окрашивающим, так и флюсующим эффектом, пористость будет уменьшаться по мере постепенного увеличения содержания красителя. Впоследствии, по мере дальнейшего увеличения содержания красителя, определённое количество MnO2 будет испаряться при более высокой температуре. Это играет роль, подобную вспениванию, тем самым увеличивая пористость.
Вакуумные зажимные приспособления из пористой керамики используют сверхтонкие отверстия микронного размера и соответствующее расстояние между ними, что позволяет надежно удерживать тонкие и хрупкие заготовки. Кроме того, этот вакуумный зажимной приспособление может захватывать заготовки различных размеров, не требуя при этом поддержания серии форм и размеров для различных заготовок, что снижает затраты и повышает эффективность работы. В настоящее время отечественные вакуумные зажимные приспособления из черной пористой керамики по-прежнему зависят от импорта. Изучение принципов их технологического процесса и способов изготовления имеет большое значение для предприятий с целью снижения затрат.
Компания Fountyl Technologies Pte Ltd. внедрила японскую технологию для исследования и производства различных типов пористой керамической вакуумной плиты, в частности, из чёрной матовой пористой керамики. В настоящее время они производятся серийно. Благодаря 13-летнему техническому опыту, Fountyl стала предпочтительным поставщиком керамических плит в полупроводниковой промышленности.
