ככל שתהליכי ייצור מוליכים למחצה נעים לעבר צמתים בקנה מידה -ננומטרי, ציוד תהליכי ליבה כגון תחריטים ומערכות התקנת סרט דק- מתמודד עם דרישות מחמירות יותר ויותר לדיוק, טוהר ותפוקה בעיבוד. על רקע זה, רכיבי קרמיקה מדויקים הפכו למפתח להבטחת יציבות התהליך. בין אלה, חלקי מבנה קרמי אלומינה מהווים כ-45% משוק רכיבי הקרמיקה המדויקים, מה שהופך אותם לנפוץ ביותר. אז איך קרמיקה אלומינה, לכאורה חומר בסיסי, הופכת ל"חומר סטנדרטי" הכרחי עבור ציוד מוליכים למחצה רבים?
דרישות הליבה של ייצור מוליכים למחצה עבור אלומינה קרמיקה
ייצור מוליכים למחצה הוא "משימה עדינה המבוצעת בתנאים קיצוניים", הכוללת טמפרטורות גבוהות, קורוזיה חזקה, מתח גבוה וחיכוך מדויק. חלקים מבניים קרמיים מאלומינה בולטים בשל השילוב שלהם של תכונות שקשה-להתאים-, כגון עמידות בפני קורוזיה, עמידות-לטמפרטורות גבוהות, ניקיון גבוה ובידוד גבוה, תוך התאמה מושלמת לדרישות המחמירות של תעשיית המוליכים למחצה:
עמידות בפני שחיקת פלזמה: בתהליכי תחריט, הוא מתנגד לפלזמה קורוזיבית ביותר, נמנע מזיהום חלקיקים.
עמידות בפני זעזועים תרמיים ויציבות ממדית: במהלך תהליכי שקיעה הכוללים שינויי טמפרטורה תכופים, הוא שומר על דיוק ברמת המיקרון-, מה שמבטיח מיקום פרוסות מדויק.
ניקיון גבוה: בסביבות אולטרה-נקיות כמו פוטוליתוגרפיה ובדיקה, הוא לא משחרר כמעט חלקיקים, מה ששומר על תפוקה.
נכון לעכשיו, הטוהר של קרמיקת אלומינה המשמשת בציוד מוליכים למחצה הוא בדרך כלל מעל 99.5%, כאשר קרמיקת אלומינה בדרגת חריטה מגיעה לטהר מעל 99.8% ואף משיגה דרגת 4N (99.99%). חומרים אלו נראים שקופים או-שקופים למחצה, עם מדדי ביצועים דומים לספיר-גביש יחיד. יתרה מכך, בשל מבנה הגרגר העדין-שלהם, מאפיינים מסוימים כגון חוזק כיפוף וחוזק לחיצה עשויים אפילו לעלות על אלו של ספיר יחיד{10}גביש.
תהליכי הכנה ומגמות פיתוח
הכנת רכיבים קרמיים מאלומינה היא תהליך הנדסי מערכת רב-תחומי הכולל בעיקר הכנת אבקה, יצירת אבקה, סינטר, עיבוד שבבי מדויק, בדיקת איכות וטיפול פני השטח. בין אלה, לתהליכי היווצרות והסינטר יש השפעה מכרעת על מבנה המיקרו והתכונות המכניות של חומרים קרמיים אלומינה, מה שהופך אותם לשני שלבים קריטיים בייצור קרמי אלומינה.
(1) הכנת אבקה
חומרי גלם אלומינה בטוהר- גבוה עוברים אצווה, כרסום כדורים מכני וייבוש בהתזה כדי לייצר אבקה מגוררת עם גודל חלקיקים אחיד ויכולת זרימה טובה.
(2) תהליך גיבוש
היווצרות כוללת עיצוב אבקת האלומינה לגוף ירוק קרמי. בהתאם לצורה ולדרישות הדיוק של הרכיב, נבחרות שיטות כגון כבישה יבשה, לחיצה איזוסטטית, יציקת סרט או הזרקה. נכון לעכשיו, כבישה יבשה בשילוב עם כבישה איזוסטטית קרה משמשת בעיקר ליצירת חלקי אלומינה.
(3) סינטר-בטמפרטורה גבוהה
סינטרה כרוכה בחימום האבקה כדי לגרום לחיבור חלקיקים, מה שמוביל לנדידת חומרים, דחיסות והתגבשות מחדש. שיטות כגון סינטר ללא לחץ, כבישה חמה או לחיצה איזוסטטית חמה משמשות לצפיפות הגוף הירוק. אלומינה בטוהר- גבוה דורשת בדרך כלל טמפרטורות סינטר של 1600-1800 מעלות.
(4) עיבוד שבבי מדויק
באמצעות מחרטות ומטחנות CNC חותכים, מסובבים, טוחנים, כרסמים וקודחים את הגוף המחובר להפקת הרכיבים הקרמיים הרצויים. עיבוד CNC קרמי מתייחס לתהליך הייצור החיסור הנשלט על ידי מחשבים כדי להפעיל ולתפעל מכונות וכלי חיתוך, השגת דיוק ממדי ברמת מיקרון והבטחת עקביות על פני חלקים מרובים.
(5) טיפול פני השטח ובדיקת איכות
תעשיית המוליכים למחצה מטילה דרישות ניקיון גבוהות במיוחד. לאחר שעברו בדיקת איכות, רכיבים קרמיים מוליכים למחצה עוברים ניקוי משטח נוסף, בדרך כלל תוך שימוש בשיטות כגון ניקוי חומצה, ניקוי אלקלי או ניקוי ממס אורגני. לאחר ניקוי וייבוש, המוצרים נבדקים שוב- לאיכותם. לאחר מכן, מוצרים מתאימים נארזים בחדר נקי.
עבור רכיבים קרמיים עם דרישות מיוחדות, ניתן ליישם טיפולי משטח נוספים כגון ריסוס קשת, ריסוס פלזמה, ריסוס אלקטרוסטטי, שקיעת אדים, ניקוי אולטרה-נקי, אנודיזציה או מתכת כדי לעמוד בסטנדרטים התפעוליים.
