I halvlederproduksjonsutstyr er presisjons keramiske komponenter (som elektrostatiske chucker (ESC), fokusringer, isolerende støtter, vakuumkammerforinger og andre kjerneposisjoner) mye brukt i kjerneposisjoner på grunn av deres overlegne høye temperaturmotstand, plasmaerosjonsmotstand, høy isolasjon og lav termisk deformasjonskarakteristikk. Imidlertid er keramiske materialer iboende sprø materialer med høy hardhet, ingen plastisk deformasjonsevne og fysiske egenskaper som er ekstremt følsomme for termisk stress og termisk sjokk. Dette betyr at tradisjonell mekanisk designtenkning for metaller eller plast svikter fullstendig innen keramikk - metaller kan absorbere spenningskonsentrasjoner gjennom lokalisert plastisk ettergivelse, mens keramikk kun får sprøbrudd når deres elastiske grense overskrides. Derfor, for å designe presisjons keramiske tegninger som virkelig tar hensyn til funksjonelle krav og prosesseringsmuligheter, må design for produksjonsevne (DFM) integreres i hele prosessen med geometrisk konfigurasjon, toleransesystem, monteringsgrensesnitt og materialegenskaper.

1. Begrensninger for geometrisk konfigurasjon og prosesseringsteknologi

Fra perspektivet til geometrisk konfigurasjonsoptimalisering, må tegningsdesignet overholde prosessgrensene for moderne keramiske prosesseringsteknologier (som diamantsliping, ultralydbehandling, laserskjæring og grønn bearbeiding) i størst grad. I strukturell design er eliminering av spenningskonsentrasjonskilder det første prinsippet. Skarpe innvendige hjørner (som rettvinklede overganger) bør unngås på tegninger, fordi disse områdene lett kan bli kilden til mikrosprekkinitiering og ekspansjon under temperaturspenningsfeltet under sintringsprosessen og påfølgende mekanisk prosessering, som fører til behandlingskantflis eller servicebrudd. Alle innvendige hjørner skal utformes så store som mulig overgangsfileter (R-hjørner); dersom rette vinkler må beholdes på grunn av monteringskrav, må det legges underskårne spor eller avlastningsspor i konstruksjonen. Samtidig er ensartet veggtykkelse sentralt for å bestemme kvaliteten på keramisk sintring. Siden industriell keramikk er dannet av pulver og fortettet ved høytemperatursintring, vil den enorme forskjellen i tverrsnittstykkelse føre til ujevn krymping, forårsake alvorlig deformasjon, indre restspenninger og til og med sprekker. I tillegg bør dype hulrom, dype blinde hull og strukturer med høyt sideforhold være strengt begrenset i funksjonsdesign, fordi dette ikke bare vil føre til at diamantslipehoder og ultralydbearbeidingsverktøy møter alvorlig utilstrekkelig stivhet og verktøyslitasje, men vil også i stor grad forverre sponevakuering og kjøleforhold.

2. Vitenskapelig avveining mellom toleransesystem og overflatekvalitet

Når det gjelder å definere toleransesystemer og overflatekvalitet, må ingeniører forlate treghetstenkningen om at "jo høyere nøyaktighet, jo bedre." For høye toleranser er ansvarlige for høye maskineringskostnader og høye skraphastigheter av tekniske keramiske komponenter. Selv om avansert keramikk (som aluminiumoksid, aluminiumnitrid, silisiumkarbid) kan oppnå sub-mikron dimensjonsnøyaktighet gjennom presisjonssliping, må ikke tegninger pålegge strenge toleranser for alle dimensjoner uten forskjell. Dimensjoner som ikke er relatert til sammenfallende overflater, frie overflater eller monteringsplassering bør være tilstrekkelig avslappet til at de kan følge konvensjonell grønnstøping eller sintringstoleranser for keramikk. Merkingen av overflateruhet (Ra) må være målrettet - den ubehandlede sintrede originale overflaten har vanligvis en høyere ruhet, mens funksjonelle overflater (som wafervakuumadsorpsjonsoverflate, dynamisk forseglingspresisjonsjusteringsoverflate, høyfrekvent og høyspent isolasjonsoverflate) må tydelig spesifisere kravene til presisjonsdiamantveiing og nøyaktige diamantsliping, partikkel-sliping, partikkel-sliping og partikkelytelse. generasjonshastighet og vakuumforseglingsegenskaper.

3. Monteringsgrensesnitt og termisk ekspansjonstilpasning

I tillegg bestemmer de ekstreme arbeidsforholdene til halvlederutstyr at keramiske deler må settes sammen med metallkonstruksjonsdeler, noe som utgjør store utfordringer for monterings- og festegrensesnittdesignet i tegningene. Siden hard keramikk ikke kan bankes direkte for å lage pålitelige gjenger (direkte banking kan lett føre til sprekker i tannprofilen eller tannglidning), bør utformingen av direkte tapping av innvendige gjenger på den keramiske kroppen unngås helt i tegningene. Rimelige alternativer inkluderer: utforming av gjennomgående hull med forsenkede hoder eller trinn, og bruk av gjennomgående metallbolter for å klemme og feste; bruk av høytemperatur uorganiske lim eller varme ermer med innebygde metallinnsatser; eller bruke presisjonstrykkplater og flensstrukturer for å presse keramiske deler på metallbasen. Mer kritisk er det at store forskjeller i termiske ekspansjonskoeffisienter må kompenseres for i tegninger og tilpasningstoleranser. Den termiske ekspansjonskoeffisienten til keramikk (som alumina, silisiumkarbid) er mye lavere enn for strukturelle metaller som rustfritt stål, aluminiumslegeringer eller titanlegeringer. Hvis det ikke er reservert tilstrekkelige termiske ekspansjonsgap mellom sammenpassende hull eller pinner under design, når halvlederhulrommet gjennomgår høytemperaturprosesser (som CVD, varmveggeffekt av Etch-hulrom, eller høytemperatur-baking), siden ekspansjonshastigheten til metall er mye større enn for keramikk, vil ekstruderingsspenning uunngåelig generere katastromiske deler, uten at de brytes ned. advarsel.

4. Definisjon av sentrale tekniske krav

Til slutt skal en moden og standardisert halvlederkeramisk ingeniørtegning ha helt entydige definisjoner av materialegenskaper og etterbehandlingsprosesser i de tekniske kravene eller tittelkolonnen. Dette inkluderer hovedsakelig følgende fire kjernedimensjoner:

• Materialkvalitet og renhet: For eksempel brukes 6 % eller 99,9 % høyrent aluminiumoksyd og reaksjonssintret silisiumkarbid for å strengt kontrollere risikoen for kontaminering av avanserte halvlederprosesser med sporforurensninger som alkalimetaller.
• Kompakthet og lufttetthetsindikatorer: Definer tydelig om delen må være absolutt tett med null åpne porer (for å møte kravene til miljøer med ultrahøyt vakuum), eller om en struktur med en spesifikk porøsitet er tillatt.
• Edge Microprocessing Spesifikasjoner: Det er obligatorisk at alle skarpe kanter er lett avfasede eller butte (for eksempel innenfor 2 × 45° eller R0,2) for å eliminere mikroskopiske grader og forhindre generering av mikroskopiske partikler under håndtering og montering av renrom.
• Rengjørings- og emballasjespesifikasjoner: Sluttproduktet må gjennomgå ultralydrensing og tørking med avionisert vann med høy renhet, og pakkes i en vakuum-dobbeltlagspakke som oppfyller standarder for halvlederrenrom.