Í kjarna hálfleiðaraferlum eins og ætingu, þunnri-filmuútfellingu og jónaígræðslu, verða íhlutirnir inni í búnaðinum að virka stöðugt í langan tíma undir miklu plasmaumhverfi, háspennu, ætandi lofttegundum og tíðum hitauppstreymi. Háþróuð keramikefni eins og súrál, álnítríð, kísilkarbíð og kísilnítríð, með mikla hörku, mikla viðnám, framúrskarandi veðrunarþol í plasma og góða hitauppstreymi, hafa orðið óbætanlegt lykilefni. Hins vegar veldur mikil hörku þeirra, mikil stökkleiki og lítil brotseigja einnig framleiðsluáskoranir. Þar að auki, þegar niðurstreymisiðnaðurinn færist í átt að smæðingu, samþættingu og fjölvirkni, hafa lögunarkröfur fyrir hálfleiðara keramik þróast frá einföldum plötum, kubbum og stöngum yfir í flóknar mannvirki eins og óregluleg lögun, gljúpa eiginleika, þunna veggi og flókið bogið yfirborð. Dæmi um dæmigerða flókna-laga keramikhluta sem krafist er af hálfleiðarabúnaði eru:
(1) Rafstöðueiginleikar (ESC): innihalda -mikilþéttni ör-holafylki, flóknar gasrásarleiðir og ör-höggfylki fyrir samræmdan stuðning við skífu.
(2) Einangrunarhlutar í ætshólfinu: eins og gassturtuhausar, fókushringir, einangrunarhringir o.s.frv., sem oft eru með bogadregnum sniðum, flansbyggingum sem eru ó-jafnvægar, mikið magn af fínum ör-holum og óreglulegum tengigrófum.
(3) Nákvæmniskynjarahús: með þunnum veggjum, lokuðum eða hálf-lokuðum innri holrúmum, snittum viðmótum og örsmáum blýgöt o.s.frv.
Þessi flóknu form setja strangar kröfur um keramikframleiðsluferla sem ganga langt út fyrir hefðbundna burðarhluta. Eftirfarandi hlutar greina tæknilegar áskoranir og mögulegar lausnir í þremur lykilstigum: mótun, sintun og nákvæmni vinnslu.
1. Mótun
Myndun er fyrsta mikilvæga skrefið í framleiðslu flókins-laga hálfleiðarakeramik. Íhlutir eins og rafstöðueiginleikar, einangrunarhlutar í ætshólfinu og nákvæmnisskynjarahús krefjast samræmdrar innri uppbyggingu og nærri-nákvæmni. Hefðbundnar mótunaraðferðir eins og þurrpressun og miðsteypa takmarkast af rúmfræði moldsins og geta ekki uppfyllt fjölbreyttar, einstaklingsbundnar kröfur flókinna forma. Þar að auki, við myndun flókinna-laga grænna hluta, leiðir ójafn hleðslu- og fyllingarhraði á mismunandi svæðum oft til ó-jafnrar þéttleikadreifingar, víddarfrávika, aflagunar og sprungna vegna álagsstyrks við úrtöku. Sem stendur eru helstu mótunarferlar sem henta fyrir flókið-laga hálfleiðara keramik:
1.1 Gelsteypa
Þetta ferli felur í sér að sprauta lágri-seigju, hár-fastri-keramiklausn í mót, bæta við lífrænum einliðum, þverbindiefnum og ræsiefnum til að framkalla fjölliðun á-stað og mynda grænan líkama. Það getur beint myndað flókna-laga hluta og græni líkaminn sýnir lágmarks aflögun við þurrkun og sintrun, sem leiðir til mikillar víddarnákvæmni og minni vinnslukostnaðar í kjölfarið. Fjölliðunin á-stað dreifir og festir keramikagnir jafnt og þétt í þrívíddarneti, forðast þéttleikahalla af völdum agnasetlags eða ójafnrar dreifingar, sem gerir hana sérstaklega hentuga fyrir stóra-stóra, þunna-veggða flókna íhluti.
1.2 Keramik innspýting mótun (CIM)
CIM er líka nánast-net formferli. Aðferðin felur í sér að blanda keramikdufti við lífræn bindiefni og mýkiefni til að mynda hráefni, hita það í bráðið ástand, sprauta því undir þrýstingi í málmmót, kæla til að storkna, taka úr mold, síðan binda og herða til að fá lokaafurðina. Í samanburði við hefðbundna miðsteypu notar CIM mýkt efni sem er pressað í stíft mót og forðast samsetningu aðskilnað. Samanborið við þurrpressun veitir CIM jafnari grænþéttleika vegna flæðisfyllingar, sigrast á þéttleika, örbyggingu og ójafnvægi í frammistöðu. Það er hentugur fyrir-hagkvæma fjöldaframleiðslu á litlum,-afkastamiklum hlutum með flóknum lögun, eins og skynjarahúsum og litlum einangrunarhringjum.
1.3 Ísóstatísk pressun
Fyrir ássamhverfa flókna hluta eins og fókushringa er hægt að nota jafnstöðuþrýsting. Duftið er lokað í sveigjanlegt mót og sökkt í fljótandi eða loftkenndan miðil í háþrýstihylki. Ytra þrýstingskerfi (td vökvadæla) beitir háþrýstingi á vökvann. Vegna þess að vökvinn eða gasið er ósamþjappanlegt, er þrýstingurinn sendur jafnt yfir á efnisyfirborðið inni í mótinu, sem nær samræmdum þrýstingi í allar áttir og forðast ójafnvægi í þéttleika vegna þrýstingshalla.
1.4 3D prentun
Fyrir hluta með mjög flóknar innri rásir (td ESC frumgerðir með kælirásum), getur stafræn ljósvinnsla (DLP) eða bein blekskrift búið til samtengdar rásir sem eru ómögulegar með hefðbundnum mótum. Hins vegar er þessi tækni takmörkuð eins og er af minni fastri hleðslu slurrys, sem leiðir til minni hertuþéttleika og meiri rýrnunar.
2. Sintering
Sintering umbreytir græna líkamanum í þétt keramik, venjulega samfara 15–25% línulegri rýrnun. Fyrir flókna-laga hluta valda þykktarbreytileiki anisotropic rýrnun. Ásamt ó-jafnvægi hita- eða streitusviðum getur þetta dregið úr víddarnákvæmni eiginleika og, alvarlegra, valdið skekkju, sprungum eða hruni. Þess vegna beinist hagræðing sintunarferla að því að draga úr mun á rýrnunarhraða, bæla óeðlilegan kornvöxt, jafna hitastigið og lágmarka hitaálag. Sinterunaraðferðir sem henta fyrir flókin form eru:
2.1 Heitt pressun
Með því að beita einása eða jafnstöðuþrýstingi á græna líkamann meðan á sintun stendur veitir það aukinn drifkraft til að þétta, lækkar sintunarhitastig, bælir óeðlilegan kornvöxt og hjálpar til við að viðhalda flóknum formum. Hentar fyrir rafstöðueiginleikar og sturtuhausa.
2.2 Gasþrýstingssintun
Með því að beita óvirku gasþrýstingi (td köfnunarefnis) meðan á sintrun stendur við háan -hita kemur í veg fyrir niðurbrot og rokgjörn efnis, dregur verulega úr lokuðum gropi og tryggir jafnan þrýsting á yfirborði efnisins vegna loftkennda miðilsins. Hentar fyrir sintrun flókinna-laga keramikhluta.
2.3 Spark plasma sintering (SPS)
Meðan á SPS stendur myndar púlsandi DC straumur tafarlausan neistaplasma, sem veldur samræmdri Joule-hitun og yfirborðsvirkjun einstakra agna. Vegna þess að þétting á mismunandi þykktum á sér stað næstum samtímis og hitastigið er einsleitt, dregur SPS verulega úr mun á rýrnunarhraða. Hins vegar er núverandi takmörkun hólfstærðin, sem gerir það hentugt fyrir skynjarahús eða litla einangrunarhluta.
2.4 Örbylgjuofn sintun
Örbylgjuhertingu notar rafsegulsvið til að framkalla skautun rafeinda, jóna eða tvípóla innan efnisins, umbreyta örbylgjuorku í hita með raf-, leiðandi eða segulmagnandi tapi, sem nær fram samræmdri rúmmálshitun. Ólíkt hefðbundinni leiðandi upphitun hitnar örbylgjuofn sintering innan frá, með hröðum rampahraða og litlum hitastigum, sem dregur úr göllum eins og aflögun og sprungum af völdum hitastigs.
3. Nákvæmni vinnsla
Sinteraðir keramikhlutar þurfa oft slípun, slípun, fægja og jafnvel laservinnslu til að ná undir-míkrónvíddarvikmörkum og nanómetra yfirborðsgrófleika fyrir notkun í hálfleiðara-gráðu. Hins vegar veldur mikil hörku og brothætt keramik hratt slit á verkfærum (slípihjól, skurðarverkfæri) og háum vinnslukostnaði. Þar að auki er efnið viðkvæmt fyrir brúnflísum, yfirborðs örsprungum og skemmdum undir yfirborði undir malarkrafti. Fyrir þétta, fína eiginleika sem krefjast hágæða-eins og ESC-höggflokka og þúsundir ör-hola í sturtuhaus-eru hefðbundnar slípu- og slípuaðferðir oft ófullnægjandi. Þær valda ýmist brúnflísum vegna of mikils snertikrafts eða ná ekki jafnt inn í innveggi og op. Fyrir vikið hefur úrval af -snertilausum eða lítilli-snerti-öfga-öfga-{13}}tækni verið þróuð fyrir flókið-lagað keramik, þar á meðal slípiefnisfægingu, leysiborun/-fæging, segulfræðilega vökvafægingu, og plasmaaðstoð-.
3.1 Slípiefnisfæging
Fyrir botnfleti sturtuhausa með hundruðum til þúsunda örhola-og djúpum gasrásum á bakhlið ESC notar slípiefnisfægingu hálf-fastan, seigfljótandi slípiefni sem inniheldur ofur-fínt slípiefni. Vökvadrifið rennur miðillinn ítrekað í gegnum götin. Við opið er miðillinn kreistur, sem framleiðir samræmda rennandi núning sem fjarlægir burr og myndar sléttar ávalar brúnir.
3.2 Laservinnsla og fægja
Fyrir ör-göt sem eru stífluð eða hafa lögunarfrávik eftir sintrun, eru femtósekúndu- eða píkósekúnduleysir notaðir til að leiðrétta holu nákvæmlega. Femtósekúndu leysir hafa mjög stutta púlsbreidd; orkan frásogast og losnar svo hratt að varmi dreifist ekki til nærliggjandi svæðis, sem leiðir til hita-svæðis undir 0,01 μm og gataveggir lausir við örsprungur og endursteypt lög. Laser fægja notar lág-orku-þéttleika leysigeisla til að skanna keramik yfirborðið hratt, sem veldur grunnu yfirborðsbráðnun sem nær mikilli-nákvæmni fæging, forðast rispur, aflögun eða slit af völdum núnings og þrýstings í hefðbundinni fæging. Það ræður auðveldlega við flókið 3D bogið yfirborð, örbyggingar eða staðbundin svæði, sem gerir það sérstaklega hentugur fyrir innri holrúm skynjarahúsa sem eru óaðgengileg slípiverkfærum.
3.3 Magnetorheological vökva fægja
Magnetorheological vökva fæging dreifir míkron-stærð karbónýljárndufti og slípiefni í burðarvökva og myndar stýranlegt -seigju „sveigjanlegt fægiverkfæri“ undir sterku segulsviði. Þegar segulsviðið er borið á keramik vinnustykkisyfirborðið staðbundið, storknar segulfræðilegur vökvi hratt á fægisvæðinu og efnisfjarlæging á sér stað við sameinað þrýstings- og klippflæði. Þessi aðferð býður upp á mikla yfirborðsnákvæmni og góða vinnslustýringu, sérstaklega hentug fyrir flókið bogið yfirborð, þunna veggi, innri veggi og aðra fleti sem erfitt-að-aðgengilegt er, auk nákvæmrar vinnslusviðsmynda sem krefjast mikillar yfirborðsheilleika og lítillar skemmda undir yfirborði.
3.4 Plasma-hjálpuð fæging (PAP)
PAP er fægjaaðferð sem fyrst breytir keramikyfirborðinu með því að nota plasma til að mynda mýkra breytt lag, fylgt eftir með mildri slípiefni til að ná skilvirkri brottnám efnis. Það býður upp á mikla flutningsskilvirkni, flatt yfirborð í lotukerfinu og engar skemmdir undir yfirborðinu. Með því að stjórna gasflæði og rafsviðum getur það meðhöndlað flókið bogið yfirborð, innri holrúm, ör-göt og önnur svæði sem erfitt er að komast að með hefðbundinni fægingu, meðhöndlað flókið bogið yfirborð, innri holrúm, örgöt og önnur svæði sem erfitt er að komast að með hefðbundinni fægingu, og ná fram allri-vinnslu.