Dalam peralatan manufaktur semikonduktor, komponen keramik presisi (seperti chuck elektrostatis (ESC), cincin fokus, penyangga insulasi, pelapis ruang vakum, dan posisi inti lainnya) banyak digunakan pada posisi inti karena ketahanan suhu tinggi yang unggul, ketahanan erosi plasma, insulasi tinggi, dan karakteristik deformasi termal yang rendah. Namun, bahan keramik pada dasarnya merupakan bahan rapuh dengan kekerasan tinggi, tidak memiliki kemampuan deformasi plastis, dan sifat fisik yang sangat sensitif terhadap tekanan termal dan guncangan termal. Artinya, pemikiran desain mekanis tradisional untuk logam atau plastik benar-benar gagal di bidang keramik - logam dapat menyerap konsentrasi tegangan melalui lelehan plastik lokal, sedangkan keramik hanya mengalami patah getas jika batas elastisnya terlampaui. Oleh karena itu, untuk merancang gambar keramik presisi yang benar-benar mempertimbangkan persyaratan fungsional dan kelayakan pemrosesan, desain untuk kemampuan manufaktur (DFM) harus diintegrasikan ke dalam seluruh proses konfigurasi geometris, sistem toleransi, antarmuka perakitan, dan sifat material.

1. Konfigurasi geometris dan keterbatasan teknologi pemrosesan

Dari perspektif optimalisasi konfigurasi geometris, desain gambar harus sepenuhnya memenuhi batasan proses teknologi pemrosesan keramik modern (seperti penggilingan berlian, pemrosesan ultrasonik, pemotongan laser, dan pemesinan ramah lingkungan). Dalam desain struktur, penghapusan sumber konsentrasi tegangan adalah prinsip pertama. Sudut internal yang tajam (seperti transisi sudut kanan) harus dihindari pada gambar, karena area ini dapat dengan mudah menjadi sumber inisiasi dan perluasan retakan mikro di bawah medan tegangan suhu selama proses sintering dan pemrosesan mekanis berikutnya, yang menyebabkan tepi pemrosesan terkelupas atau patah servis. Semua sudut bagian dalam harus dirancang sebesar mungkin fillet transisi (sudut R); jika sudut siku-siku harus dipertahankan karena persyaratan perakitan, alur undercut atau alur relief harus ditambahkan ke struktur. Pada saat yang sama, keseragaman ketebalan dinding sangat penting untuk menentukan kualitas sintering keramik. Karena keramik industri dibentuk dari bubuk dan dipadatkan melalui sintering suhu tinggi, perbedaan besar dalam ketebalan penampang akan menyebabkan penyusutan yang tidak merata, menyebabkan deformasi lengkungan yang parah, tegangan sisa internal, dan bahkan retak. Selain itu, rongga yang dalam, lubang buta yang dalam, dan struktur rasio aspek tinggi harus dibatasi secara ketat dalam desain fitur, karena hal ini tidak hanya akan menyebabkan kepala gerinda intan dan perkakas permesinan ultrasonik menghadapi kekakuan dan keausan pahat yang tidak memadai, namun juga akan sangat memperburuk kondisi evakuasi dan pendinginan chip.

2. Pertukaran ilmiah antara sistem toleransi dan kualitas permukaan

Ketika mendefinisikan sistem toleransi dan kualitas permukaan, para insinyur harus meninggalkan pemikiran inersia bahwa “semakin tinggi akurasinya, semakin baik.” Toleransi yang berlebihan menyebabkan melonjaknya biaya pemesinan dan tingginya tingkat kerusakan komponen keramik teknis. Meskipun keramik tingkat lanjut (seperti aluminium oksida, aluminium nitrida, silikon karbida) dapat mencapai akurasi dimensi sub-mikron melalui penggilingan presisi, gambar tidak boleh memberikan toleransi ketat pada semua dimensi tanpa perbedaan. Dimensi yang tidak terkait dengan permukaan kawin, permukaan bebas, atau posisi perakitan harus cukup longgar agar dapat mengikuti toleransi pencetakan atau sintering hijau konvensional untuk keramik. Pelabelan kekasaran permukaan (Ra) harus ditargetkan - permukaan asli sinter yang belum diproses biasanya memiliki kekasaran yang lebih tinggi, sedangkan permukaan fungsional (seperti permukaan adsorpsi vakum wafer, permukaan penyelarasan presisi segel dinamis, permukaan insulasi frekuensi tinggi dan tegangan tinggi) perlu dengan jelas menentukan persyaratan untuk pemrosesan penggilingan atau pemolesan berlian presisi, dan secara akurat menimbang dampak aktualnya terhadap kinerja tribologi, laju pembentukan partikel, dan sifat penyegelan vakum.

3. Antarmuka perakitan dan adaptasi ekspansi termal

Selain itu, kondisi kerja peralatan semikonduktor yang ekstrem menentukan bahwa bagian keramik harus dirakit dengan bagian struktural logam, yang menimbulkan tantangan berat pada desain antarmuka perakitan dan pengikatan dalam gambar. Karena keramik keras tidak dapat disadap secara langsung untuk menghasilkan benang yang dapat diandalkan (penyadapan langsung dapat dengan mudah menyebabkan retaknya profil gigi atau selip gigi), desain penyadapan langsung benang internal pada badan keramik harus dihindari sepenuhnya dalam gambar. Alternatif yang masuk akal meliputi: merancang lubang tembus dengan kepala atau tangga countersunk, dan menggunakan baut lubang tembus logam untuk menjepit dan memasang; menggunakan perekat anorganik suhu tinggi atau selongsong panas dengan sisipan logam tertanam; atau menggunakan pelat tekanan presisi dan struktur flensa untuk menekan bagian keramik ke dasar logam. Yang lebih penting lagi, perbedaan besar dalam koefisien ekspansi termal harus dikompensasikan dalam gambar dan toleransi kesesuaian. Koefisien muai panas keramik (seperti alumina, silikon karbida) jauh lebih rendah dibandingkan logam struktural seperti baja tahan karat, paduan aluminium, atau paduan titanium. Jika celah ekspansi termal yang cukup tidak disediakan antara lubang atau pin yang dikawinkan selama desain, ketika rongga semikonduktor mengalami proses suhu tinggi (seperti CVD, efek dinding panas dari rongga Etch, atau pemanggangan suhu tinggi), karena laju ekspansi logam jauh lebih besar daripada keramik, tegangan ekstrusi pasti akan timbul pada bagian-bagian keramik, menyebabkannya patah secara dahsyat tanpa peringatan.

4. Definisi persyaratan teknis utama

Terakhir, gambar teknik keramik semikonduktor yang matang dan terstandarisasi harus memiliki definisi yang jelas tentang sifat material dan proses pasca pemrosesan dalam persyaratan teknis atau kolom judul. Hal ini terutama mencakup empat dimensi inti berikut:

• Kelas bahan dan kemurnian: Misalnya, alumina dengan kemurnian tinggi 6% atau 99,9% dan silikon karbida sinter reaksi digunakan untuk secara ketat mengontrol risiko kontaminasi proses semikonduktor tingkat lanjut oleh sedikit pengotor seperti logam alkali.
• Indikator kekompakan dan sesak udara: Tentukan dengan jelas apakah bagian tersebut harus benar-benar padat dengan pori-pori nol terbuka (untuk memenuhi persyaratan lingkungan vakum sangat tinggi), atau apakah struktur dengan porositas tertentu diperbolehkan.
• Spesifikasi Mikroprosesor Tepi: Semua tepi yang tajam wajib dilubangi atau ditumpulkan sedikit (misalnya dalam 2 × 45° atau R0,2) untuk menghilangkan gerinda mikroskopis dan mencegah terbentuknya partikel mikroskopis selama penanganan dan perakitan di ruangan bersih.
• Spesifikasi pembersihan dan pengemasan: Produk akhir harus menjalani pembersihan dan pengeringan ultrasonik dengan air deionisasi dengan kemurnian tinggi, dan dikemas dalam paket vakum dua lapis yang memenuhi standar ruang bersih semikonduktor.