Procédés de frittage de composants céramiques semi-conducteurs

Les dispositifs semi-conducteurs nécessitent l'utilisation d'équipements semi-conducteurs tels que des machines de gravure, des machines de photolithographie et des machines d'implantation ionique. À l’intérieur de ces dispositifs semi-conducteurs, de nombreux composants céramiques sont utilisés. Les matériaux céramiques offrent d'excellentes propriétés, notamment une résistance aux températures élevées, à la corrosion, une haute précision et une résistance élevée, ce qui les rend bien adaptés à une utilisation dans les équipements semi-conducteurs. De nombreux composants céramiques sont des éléments clés dans les processus de semi-conducteurs, car ils sont directement en contact avec les tranches. Ils peuvent obtenir un contrôle précis de la température de la surface des plaquettes et un chauffage ou un refroidissement rapide.

Composants céramiques semi-conducteurs appartenir à céramique avancée, généralement fabriqués à partir de matériaux inorganiques ultra-fins de haute pureté, tels que l'alumine (Al₂O₃), le carbure de silicium (SiC), le nitrure d'aluminium (AlN), le nitrure de silicium (Si₃N₄) et l'yttria (Y₂O₃). Les types de composants céramiques semi-conducteurs comprennent bras robotiques semi-conducteurs, buses en céramique, fenêtres en céramique, couvercles de cavité en céramique, ventouses à vide en céramique poreuse et autres.

Le processus de préparation des composants céramiques semi-conducteurs comprend principalement la préparation de poudre, le moulage de poudre, le frittage à haute température, l'usinage de précision, l'inspection qualité et le traitement de surface.

Concernant les procédés de frittage, certains composants céramiques subissent un déliantage suivi d'un frittage, tandis que dans d'autres, le déliantage et le frittage sont effectués simultanément. Typiquement, la température de déliantage est inférieure à la température de frittage et ne dépasse pas 1 000°C. Les méthodes de frittage à haute température comprennent principalement le frittage sans pression, le frittage sous vide et le frittage sous atmosphère. Le frittage transforme la céramique d'un corps vert en une structure dense.

Les principaux procédés de frittage sont les suivants :

1. Frittage sans pression
   Le frittage sans pression fait référence au processus par lequel le matériau est fritté sous pression atmosphérique sans application de pression supplémentaire. Il s’agit de la méthode de frittage la plus couramment utilisée, généralement réalisée dans une atmosphère d’oxygène ou une atmosphère de gaz spécial. Lors du frittage sans pression, le corps vert formé n'est pas soumis à une pression externe et les particules de poudre s'agrègent et forment des liaisons cristallines sous une pression atmosphérique normale.

2. Frittage sous vide
   Le frittage sous vide est le processus de frittage de corps verts en céramique sous vide. Par des actions physiques et chimiques, le corps vert se transforme en un corps fritté dense et dur. Dans les corps en céramique d'oxyde, les pores sont principalement remplis d'eau, d'hydrogène et d'oxygène, qui s'échappent lors du frittage. Cependant, les gaz tels que le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et surtout l’azote s’échappent difficilement à travers les pores, ce qui entraîne une réduction de la densité du produit final. Le frittage sous vide garantit que tous les gaz sont expulsés, améliorant ainsi la densité du produit.

3. Frittage sous atmosphère
   Pour les céramiques difficiles à fritter sans pression, le frittage sous atmosphère est couramment utilisé. Dans cette méthode, des gaz spécifiques sont introduits dans le four pour créer l’atmosphère requise pour le frittage des composants céramiques. Selon le matériau, différentes atmosphères telles que l'oxygène, l'hydrogène, l'azote ou l'argon peuvent être utilisées.

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