I halvlederfremstillingsudstyr er præcisionskeramiske komponenter (såsom elektrostatiske patroner (ESC), fokusringe, isolerende understøtninger, vakuumkammerforinger og andre kernepositioner) i vid udstrækning brugt i kernepositioner på grund af deres overlegne højtemperaturmodstand, plasmaerosionsmodstand, høj isolering og lav termisk deformationskarakteristik. Keramiske materialer er imidlertid i sagens natur sprøde materialer med høj hårdhed, ingen plastisk deformationsevne og fysiske egenskaber, der er ekstremt følsomme over for termisk stress og termisk chok. Det betyder, at traditionel mekanisk designtænkning for metaller eller plastik svigter fuldstændigt inden for keramik - metaller kan absorbere spændingskoncentrationer gennem lokaliseret plastisk efterladning, mens keramik først undergår sprødbrud, når deres elasticitetsgrænse overskrides. For at designe præcisionskeramiske tegninger, der virkelig tager højde for funktionelle krav og bearbejdningsgennemførlighed, skal design til fremstillingsevne (DFM) derfor integreres i hele processen med geometrisk konfiguration, tolerancesystem, samlingsgrænseflade og materialeegenskaber.

1. Begrænsninger af geometrisk konfiguration og behandlingsteknologi

Fra perspektivet af geometrisk konfigurationsoptimering skal tegningsdesignet i videst muligt omfang overholde procesgrænserne for moderne keramiske bearbejdningsteknologier (såsom diamantslibning, ultralydsbehandling, laserskæring og grøn bearbejdning). I strukturelt design er eliminering af spændingskoncentrationskilder det første princip. Skarpe indvendige hjørner (såsom retvinklede overgange) bør undgås på tegninger, fordi disse områder let kan blive kilden til mikrorevneinitiering og ekspansion under temperaturspændingsfeltet under sintringsprocessen og efterfølgende mekanisk bearbejdning, hvilket fører til bearbejdningskantafhugning eller servicebrud. Alle indvendige hjørner skal udformes så store som muligt overgangsfiletter (R-hjørner); hvis rette vinkler skal bibeholdes på grund af monteringskrav, skal der tilføjes underskårne riller eller aflastningsriller i konstruktionen. Samtidig er ensartet vægtykkelse centralt for at bestemme kvaliteten af ​​keramisk sintring. Da industriel keramik er dannet af pulver og fortættet ved højtemperatursintring, vil den enorme forskel i tværsnitstykkelse føre til ujævn krympning, hvilket forårsager alvorlig vridningsdeformation, intern restspænding og endda revner. Derudover bør dybe hulrum, dybe blinde huller og strukturer med højt aspektforhold være strengt begrænset i funktionsdesign, fordi dette ikke kun vil få diamantslibehoveder og ultralydsbearbejdningsværktøjer til at møde alvorlig utilstrækkelig stivhed og værktøjsslitage, men vil også i høj grad forværre spånevakuering og køleforhold.

2. Videnskabelig afvejning mellem tolerancesystem og overfladekvalitet

Når det kommer til at definere tolerancesystemer og overfladekvalitet, må ingeniører opgive den inertitænkning, at "jo højere nøjagtighed, jo bedre." For store tolerancer er ansvarlige for skyhøje bearbejdningsomkostninger og høje skrotmængder af tekniske keramiske komponenter. Selvom avanceret keramik (såsom aluminiumoxid, aluminiumnitrid, siliciumcarbid) kan opnå sub-mikron dimensionel nøjagtighed gennem præcisionsslibning, må tegninger ikke pålægge strenge tolerancer på alle dimensioner uden forskel. Dimensioner, der ikke er relateret til parringsoverflader, frie overflader eller monteringspositionering, skal være tilstrækkeligt afslappede til at de kan følge konventionel grøn støbning eller sintringstolerancer for keramik. Mærkningen af overfladeruhed (Ra) skal målrettes - den ubearbejdede sintrede originale overflade har sædvanligvis en højere ruhed, mens funktionelle overflader (såsom wafervakuumadsorptionsoverflade, dynamisk tætningspræcisionsjusteringsoverflade, højfrekvent og højspændingsisoleringsoverflade) skal klart specificere kravene til præcisionsdiamantslibning og slibning af præcisions-diamanter og slibning, slibning og slibning af spåner. generationshastighed og vakuumforseglingsegenskaber.

3. Monteringsgrænseflade og termisk ekspansionstilpasning

Derudover bestemmer de ekstreme arbejdsforhold for halvlederudstyr, at keramiske dele skal samles med metalkonstruktionsdele, hvilket udgør store udfordringer for montage- og fastgørelsesgrænsefladedesignet på tegningerne. Da hård keramik ikke kan bankes direkte for at skabe pålidelige gevind (direkte bankning kan let føre til tandprofil revner eller tandglidning), bør designet af direkte bankende indvendige gevind på den keramiske krop helt undgås i tegningerne. Rimelige alternativer omfatter: design af gennemgående huller med forsænkede hoveder eller trin og brug af metalbolte med gennemgående huller til fastspænding og fastgørelse; brug af højtemperatur uorganiske klæbemidler eller varme ærmer med indlejrede metalindsatser; eller ved at bruge præcisionstrykplader og flangestrukturer til at presse keramiske dele på metalbunden. Mere kritisk skal der kompenseres for store forskelle i termiske udvidelseskoefficienter i tegninger og tilpasningstolerancer. Den termiske udvidelseskoefficient for keramik (såsom aluminiumoxid, siliciumcarbid) er meget lavere end for strukturelle metaller såsom rustfrit stål, aluminiumlegeringer eller titanlegeringer. Hvis der ikke er reserveret tilstrækkelige termiske ekspansionsspalter mellem sammenpassede huller eller stifter under design, når halvlederhulrummet gennemgår højtemperaturprocesser (såsom CVD, varmvægseffekt af Etch-hulrum eller højtemperaturbagning), da metalets ekspansionshastighed er meget større end keramikkens, vil ekstruderingsspændingen uundgåeligt frembringe katastromiske dele, uden at de bryder sammen, advarsel.

4. Definition af centrale tekniske krav

Endelig skal en moden og standardiseret halvlederkeramisk ingeniørtegning have absolut entydige definitioner af materialeegenskaber og efterbehandlingsprocesser i de tekniske krav eller titelkolonnen. Dette omfatter hovedsageligt følgende fire kernedimensioner:

• Materialekvalitet og renhed: For eksempel bruges 6 % eller 99,9 % højrent aluminiumoxid og reaktionssintret siliciumcarbid til strengt at kontrollere risikoen for kontaminering af avancerede halvlederprocesser med sporurenheder såsom alkalimetaller.
• Kompaktheds- og lufttæthedsindikatorer: Definer tydeligt, om delen skal være absolut tæt med nul åbne porer (for at opfylde kravene til miljøer med ultrahøjt vakuum), eller om en struktur med en specifik porøsitet er tilladt.
• Edge Microprocessing Specifikationer: Det er obligatorisk, at alle skarpe kanter er let affasede eller stumpe (såsom inden for 2 × 45° eller R0,2) for at eliminere mikroskopiske grater og forhindre dannelsen af mikroskopiske partikler under renrumshåndtering og samling.
• Rengørings- og emballeringsspecifikationer: Det endelige produkt skal gennemgå ultralydsrensning og tørring med højrent deioniseret vand og pakkes i en vakuum-dobbeltlagspakke, der opfylder standarder for halvlederrenrum.