Cerámica Semicorex aplicada en el procesamiento de semiconductores

Con el avance de la tecnología, productos inteligentes como teléfonos móviles, computadoras, vehículos eléctricos y robots se han integrado en la vida de las personas. Estos productos contienen una gran cantidad de chips semiconductores y la fabricación de chips requiere equipos semiconductores, como máquinas de grabado, máquinas de litografía e implantadores de iones. Al abrir un dispositivo semiconductor se revela que la mayoría de sus componentes son piezas cerámicas. Las piezas cerámicas poseen excelentes propiedades, como resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, alta precisión y alta resistencia, lo que las hace muy adecuadas para su uso en equipos semiconductores. La mayoría de las piezas cerámicas, como componentes clave en los procesos de fabricación de semiconductores, entran en contacto directamente con la oblea, lo que permite un control de alta precisión y un calentamiento y enfriamiento rápidos de la temperatura de la superficie de la oblea.

Las piezas cerámicas semiconductoras pertenecen a cerámicas avanzadas y los materiales cerámicos involucrados suelen incluir alúmina, carburo de silicio, nitruro de aluminio, nitruro de silicio y óxido de itrio. Los métodos de formación de productos cerámicos suelen incluir prensado en seco, fundición en cinta, moldeo por inyección, prensado isostático en caliente, prensado isostático en frío, fundición en barbotina, moldeo por extrusión, fundición a presión en caliente, fundición en gel y fundición por solidificación directa.

1. Prensado en seco

El prensado en seco es un proceso común para fabricar componentes semiconductores. Este proceso implica principalmente verter polvo granulado con una distribución de tamaño de partícula adecuada en una cavidad de molde metálico, aplicando presión con un cabezal de presión. El cabezal de presión se mueve dentro de la cavidad del molde, transfiriendo presión a las partículas de polvo y compactándolas, formando finalmente una pieza cerámica con una forma y resistencia específicas.

2. Fundición

La fundición es una tecnología de conformado en húmedo capaz de producir piezas cerámicas con espesores que van desde decenas de micrómetros hasta milímetros en un solo proceso. Una lechada cerámica con buena viscosidad y dispersión fluye desde la ranura para lechada de una máquina de fundición hacia un sustrato. La suspensión se esparce y, bajo tensión superficial, se forma una pieza en bruto con una superficie superior lisa. La pieza en bruto, junto con el sustrato, se envía a una cámara de secado. Después de que el disolvente se evapora, un aglutinante orgánico forma una red entre las partículas cerámicas, creando un espacio en blanco con cierta resistencia y flexibilidad. La pieza en bruto seca se despega del sustrato y se enrolla para su uso posterior. El procesamiento posterior, como el corte, el estampado y la perforación, seguido de la cocción, completa el proceso de fabricación del producto.

3. Moldeo por inyección

El moldeo por inyección es una tecnología novedosa para la fabricación de piezas cerámicas. Su proceso productivo consta principalmente de cuatro etapas: preparación del material de inyección, moldeo por inyección, desaglomerado y sinterización. Se utiliza habitualmente para fabricar pequeñas piezas cerámicas con geometrías complejas y requisitos especiales.

4. Prensado isostático

El prensado isostático incluye el prensado isostático en caliente y el prensado isostático en frío. El prensado isostático puede transmitir presión desde todas las direcciones, asegurando así la densificación del material laminar.

1) Proceso de prensado isostático en caliente

Este método mejora la difusión atómica a alta temperatura y presión, lo que hace que los poros de la cerámica migren a los límites de los granos o a la superficie de la pieza de trabajo, reduciendo o eliminando así la porosidad. El prensado isostático en caliente utiliza unidades de bobinado pretensadas de paredes delgadas, lo que permite un enfriamiento rápido y uniforme, lo que mejora significativamente la eficiencia de producción en comparación con el enfriamiento natural.

2) Proceso de prensado isostático en frío

Este método aplica 100~600 MPa a polvo cerámico o metálico a temperatura ambiente o temperaturas ligeramente más altas (<93 ℃) para obtener un "cuerpo verde", que luego se sinteriza hasta alcanzar su resistencia final.

5. Fundición deslizante

La fundición deslizante es un método de moldeo comúnmente utilizado en la producción cerámica a gran escala. Consiste en inyectar una suspensión con alto contenido de sólidos y buena fluidez en un molde de yeso poroso. Debido a la succión capilar del molde poroso, la pared interior del molde extrae agua de la suspensión, formando un cuerpo verde solidificado a lo largo de la pared del molde. Una vez que el cuerpo verde ha alcanzado cierta resistencia, se puede desmoldar.

6. Moldeo por extrusión

El moldeo por extrusión implica mezclar polvo cerámico, arcilla o aglutinante orgánico y agua, amasar repetidamente, desgasificar al vacío y envejecer para darle al cuerpo verde extruido buena plasticidad y uniformidad. Luego, bajo la acción de un tornillo o émbolo de extrusión, se extruye a través de un troquel en la boquilla del extrusor para obtener la forma deseada del producto.

7. Fundición en caliente

La fundición a presión en caliente utiliza principalmente la propiedad de que la cera de parafina se derrita cuando se calienta y se solidifique al enfriarse. Se mezclan uniformemente polvo cerámico y cera de parafina caliente para formar una suspensión fluida. Bajo cierta presión, se inyecta lechada en un molde de metal para formar un cuerpo verde. Después de enfriar y solidificar, el cuerpo verde se desmolda y se retira. Luego, el cuerpo verde se recorta, se desparafina a alta temperatura y finalmente se sinteriza para producir el producto terminado.

8. Fundición de gel

La fundición de gel implica dispersar polvo cerámico en una solución que contiene materia orgánica para preparar una suspensión con alto contenido de sólidos. Luego, esta suspensión se inyecta en un molde de una forma específica. En condiciones catalíticas y de temperatura específicas, los monómeros orgánicos se polimerizan, forman un gel, solidifican la suspensión in situ y se secan, dando como resultado un cuerpo verde de alta resistencia.

9. Fundición por solidificación directa

La fundición por solidificación directa es un método novedoso para formar estructuras coloidales cerámicas del tamaño de una red. Este método combina la tecnología cerámica tradicional con la teoría química, utilizando catalizadores o iniciadores para provocar la reticulación de monómeros orgánicos agregados a la suspensión, formando una estructura de red que conduce a la solidificación in situ.

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