A félvezetőgyártó berendezésekben a precíziós kerámia alkatrészeket (például elektrosztatikus tokmányok (ESC), fókuszgyűrűk, szigetelő támasztékok, vákuumkamra burkolatok és egyéb magpozíciók) széles körben használják a mag pozíciókban kiváló magas hőmérsékleti ellenállásuk, plazma erózióállóságuk, magas szigetelésük és alacsony hődeformációs jellemzőik miatt. A kerámia anyagok azonban eredendően törékeny anyagok, nagy keménységgel, képlékeny alakváltozási képességgel és fizikai tulajdonságokkal, amelyek rendkívül érzékenyek a hőterhelésre és a hősokkra. Ez azt jelenti, hogy a hagyományos fémekre vagy műanyagokra vonatkozó mechanikai tervezési gondolkodás teljesen kudarcot vall a kerámiák területén – a fémek a feszültségkoncentrációkat helyi képlékenyadagoláson keresztül képesek elnyelni, míg a kerámiák csak rugalmassági határuk túllépése esetén törnek meg. Ezért a precíziós kerámiarajzok tervezéséhez, amelyek valóban figyelembe veszik a funkcionális követelményeket és a feldolgozási megvalósíthatóságot, a gyárthatósági tervezést (DFM) be kell építeni a geometriai konfiguráció, a tűrésrendszer, az összeszerelési interfész és az anyagtulajdonságok teljes folyamatába.

1. Geometriai konfiguráció és feldolgozási technológia korlátai

A geometriai konfigurációoptimalizálás szempontjából a rajztervezésnek a legnagyobb mértékben meg kell felelnie a modern kerámiafeldolgozási technológiák (például gyémántcsiszolás, ultrahangos megmunkálás, lézervágás és zöld megmunkálás) technológiai korlátainak. A szerkezeti tervezésben a feszültségkoncentrációs források kiküszöbölése az első elv. A rajzokon kerülni kell az éles belső sarkokat (például derékszögű átmeneteket), mert ezek a területek a szinterezési folyamat és az azt követő mechanikai feldolgozás során könnyen mikrorepedés keletkezési és tágulási forrásává válhatnak a hőmérsékleti feszültségmező hatására, ami a feldolgozási él forgácsolásához vagy szerviztöréséhez vezethet. Az összes belső sarkot a lehető legnagyobb átmeneti szelvényekre kell kialakítani (R sarkok); ha az összeszerelési követelmények miatt a derékszögeket meg kell tartani, akkor alámetszett hornyokat vagy tehermentesítő hornyokat kell a szerkezetbe beépíteni. Ugyanakkor a falvastagság egyenletessége központi szerepet játszik a kerámia szinterezés minőségének meghatározásában. Mivel az ipari kerámiák porból készülnek és magas hőmérsékletű szinterezéssel tömörítik, a keresztmetszeti vastagság óriási különbsége egyenetlen zsugorodáshoz vezet, ami súlyos vetemedési deformációt, belső maradékfeszültséget és akár repedést is okoz. Ezenkívül a mély üregeket, a mély zsákfuratokat és a nagy méretarányú szerkezeteket szigorúan korlátozni kell a jellemzők kialakításánál, mert ez nemcsak a gyémánt csiszolófejek és ultrahangos megmunkáló szerszámok súlyos elégtelen merevségét és szerszámkopását okozza, hanem nagymértékben rontja a forgácseltávolítási és hűtési feltételeket is.

2. Tudományos kompromisszum a tűrésrendszer és a felületminőség között

A tűrésrendszerek és a felületminőség meghatározásakor a mérnököknek fel kell hagyniuk azzal a tehetetlenségi gondolkodással, hogy „minél nagyobb a pontosság, annál jobb”. A túlzott tűrések felelősek a megnövekedett megmunkálási költségekért és a műszaki kerámia alkatrészek magas selejt arányáért. Bár a fejlett kerámiák (például alumínium-oxid, alumínium-nitrid, szilícium-karbid) precíziós köszörüléssel szubmikron méretpontosságot érhetnek el, a rajzok nem írhatnak elő szigorú tűréseket minden méretre megkülönböztetés nélkül. Azok a méretek, amelyek nem kapcsolódnak az illeszkedő felületekhez, szabad felületekhez vagy az összeállítás elhelyezéséhez, kellően lazának kell lenniük ahhoz, hogy követni tudják a kerámiák hagyományos zöldöntési vagy szinterezési tűrését. A felületi érdesség (Ra) címkézésének célzottnak kell lennie - a feldolgozatlan szinterezett eredeti felület általában nagyobb érdességű, míg a funkcionális felületeknél (például ostya vákuum-adszorpciós felület, dinamikus tömítési precíziós illesztési felület, nagyfrekvenciás és nagyfeszültségű szigetelő felület) egyértelműen meg kell határozni a precíziós gyémántcsiszolás, a precíziós gyémántcsiszolás és a pontos részecskecsiszolási teljesítmény követelményeit. és vákuumtömítési tulajdonságok.

3. Szerelési interfész és hőtágulási adaptáció

Emellett a félvezető berendezések extrém munkakörülményei is megszabják, hogy a kerámia alkatrészeket fém szerkezeti részekkel kell összeszerelni, ami komoly kihívást jelent a rajzokon szereplő összeszerelési és rögzítési felület kialakítására nézve. Mivel a kemény kerámiát nem lehet közvetlenül menetfúrni megbízható menetek létrehozásához (a közvetlen menetfúrás könnyen fogprofil repedéshez vagy fogcsúszáshoz vezethet), a rajzokon teljesen kerülni kell a kerámiatesten a közvetlen menetfúró belső menetek kialakítását. Az ésszerű alternatívák a következők: átmenő lyukak kialakítása süllyesztett fejekkel vagy lépcsőkkel, valamint fém átmenő furatcsavarok használata a befogáshoz és rögzítéshez; magas hőmérsékletű szervetlen ragasztók vagy beágyazott fémbetétekkel ellátott forró hüvelyek használata; vagy precíziós nyomólemezek és karimás szerkezetek segítségével a kerámia alkatrészeket a fém alapra préselik. Ami még kritikusabb, a hőtágulási együtthatók nagy különbségeit a rajzokon és az illesztési tűréseken kell kompenzálni. A kerámiák (például alumínium-oxid, szilícium-karbid) hőtágulási együtthatója sokkal alacsonyabb, mint a szerkezeti fémeké, mint például a rozsdamentes acél, az alumíniumötvözetek vagy a titánötvözetek. Ha a tervezés során nem tartanak fenn elegendő hőtágulási rést az illeszkedő furatok vagy csapok között, amikor a félvezető üreg magas hőmérsékletű folyamatokon megy keresztül (pl. CVD, Etch-üreg melegfalhatása vagy magas hőmérsékletű sütés), mivel a fém tágulási sebessége sokkal nagyobb, mint a kerámiáé, akkor az extrudálási katasztrófa feszültséget okoz azokban. törés figyelmeztetés nélkül.

4. A legfontosabb műszaki követelmények meghatározása

Végezetül, egy kiforrott és szabványosított félvezető kerámia mérnöki rajzon a műszaki követelményekben vagy a cím rovatban teljesen egyértelműen meg kell határozni az anyag tulajdonságait és az utófeldolgozási folyamatokat. Ez főleg a következő négy alapvető dimenziót tartalmazza:

• Anyagminőség és tisztaság: Például 6% vagy 99,9% nagy tisztaságú alumínium-oxidot és reakcióval szinterezett szilícium-karbidot használnak a fejlett félvezető eljárások nyomokban előforduló szennyeződésekkel, például alkálifémekkel való szennyeződésének szigorú ellenőrzésére.
• Tömörség és légtömörség mutatók: Világosan határozza meg, hogy az alkatrésznek abszolút sűrűnek kell-e lennie nulla nyitott pórussal (hogy megfeleljen az ultramagas vákuumkörnyezet követelményeinek), vagy megengedett-e egy meghatározott porozitású szerkezet.
• Edge mikrofeldolgozási specifikációk: Kötelező minden éles szél enyhén letört vagy tompa (például 2 × 45°-on vagy R0,2-en belül), hogy kiküszöbölje a mikroszkopikus sorját, és megakadályozza a mikroszkopikus részecskék képződését a tisztatéri kezelés és összeszerelés során.
• Tisztítási és csomagolási előírások: A végterméket ultrahangos tisztításnak és nagy tisztaságú ionmentesített vízzel történő szárításnak kell alávetni, és vákuum kétrétegű csomagolásba kell csomagolni, amely megfelel a félvezető tiszta helyiség szabványainak.