半导体陶瓷部件的主要生产工艺介绍

制备芯片需要用到半导体设备，如刻蚀机、光刻机、离子注入机等，打开半导体设备，里面运用了大量的陶瓷零部件，陶瓷零部件具有耐高温、耐腐蚀、精度高、强度高等优异性能，其可以很好地用在半导体设备内。大部分陶瓷零部件在半导体制程中作为设备的关键零部件直接与晶圆接触，可以实现晶圆表面温度高精度控制和快速升降温。

图 半导体陶瓷部件，wonikqnc

半导体陶瓷零部件属于先进陶瓷，通常采用高纯超细的无机材料来制备，包括氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅、氧化钇等。半导体陶瓷零部件种类包括半导体陶瓷手臂、陶瓷喷嘴、陶瓷窗、陶瓷腔体罩、多孔陶瓷真空吸盘等。

粉料制备

1）配料

原料中加入各种需要的材料，制备成特定配方的粉料。可以采用固相法、液相法、气相法等来制备。

2）机械球磨

球磨机是工业生产中常用的制备原料的设备，其内衬大多是陶瓷材料，也有的是采用高分子材料。将需要球磨的粉料加入到球磨机中，并加入各种陶瓷球作为研磨球。在研磨球和机械球磨后，粉料粒度可以达到微米级别。

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3）喷雾干燥

粉料成型

用相应配方制备的粉料来制备陶瓷生坯，陶瓷制品成型方法通常包括干压成型、等静压成型、流延成型、注射成型、凝胶注模成型等多种方法。用这些方法可以得到相应的陶瓷生坯。

1）干压成型

该工艺主要通过把造粒后颗粒级配适合的粉末，倒入到金属模腔中，用压头对其施加压力，压头在模腔中进行移位，并将压力传递给模具中的粉体颗粒，使其被压实，最终形成具有一定形状和强度的陶瓷素坯产品。

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2）等静压成型

该工艺是把需要压制成型的半导体陶瓷零部件放入等静压机中，利用液体不可压缩和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压，当液体介质通过压力泵注入压力容器中时，其压强大小不变且均匀传递到各个方向，这样，陶瓷零部件在各个方向上受到均匀的大小一致的压力，从而使得陶瓷零部件更加致密。

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3）流延成型

流延成型是较复杂的一个工艺，它是能够一次成形制造出厚度从数十微米至毫米量级的陶瓷毛坯的湿式成形技术，将具有一定粘性且分散性较好的陶瓷浆料，从流延机浆料槽刀口流到基带上，将浆料展开，在表面张力的作用下，生成光滑上表面的坯膜，将坯膜连同基带一起送到烘干室内，在溶剂挥发后，有机粘结剂在陶瓷颗粒之间生成网络，从而生成具有一定强度和柔性的坯片，将干燥的坯片从基带上剥离后，卷轴备用。根据需要对产品进行裁切、冲压、穿孔等工序，再进行烧制，即可完成产品的加工。

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4）注射成型

注射成型是将热塑性材料与陶瓷粉体混合成热溶体，然后注射到相对冷的模具中，待冷却后，将成型好的坯体制品顶出脱模即可，该工艺可以快速自动地进行批量生产，而且其工艺过程可以进行精确控制，该工艺可以成型复杂形状的陶瓷产品，应用较广。

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5）凝胶注模成型

高温烧结

陶瓷零部件制品有的是先排胶再烧结，有的是排胶和烧结一起完成。通常排胶温度低于烧结温度，不超过1000℃。高温烧结方式主要包括常压烧结、真空烧结、气氛烧结。通过烧结可以使得陶瓷由生坯转化为熟坯，变成致密结构。

1）常压烧结

常压烧结就是对材料不进行加压而使其在大气压力下烧结，是较常用的烧结方法，这种方法一般是在氧气气氛下或者某种特殊气体气氛条件下烧结。在常压烧结过程中，成型的坯体不受外加压力的作用，只是在常压下加热粉末颗粒的聚集体转变成晶粒结合体。

2）真空烧结

真空烧结是指在真空环境下，将特定形态的陶瓷坯体通过物理、化学作用，在真空状态下，转化为致密、硬的烧结体。氧化物陶瓷坯体中的孔隙主要是由水、氢和氧等物质组成，在烧结时它们会通过气孔逃逸。但是，一氧化碳，二氧化碳，尤其是氮，很难通过气孔逃逸，导致产品的致密性降低。通过真空烧结，可以使所有的气体都排出，因此，产品的致密度得到改善。

3）气氛烧结

精密加工

品检

表面处理

半导体设备对清洁度要求非常高，品检合格的半导体陶瓷零部件还需要进一步对其进行表面清洗，通常采用酸洗、碱洗、有机溶剂清洗等方法，清洗过后的产品干燥后，再次检查其品质，合格的产品到无尘室进行包装即可。

图 喷砂处理静电卡盘，来源：新东工业

有的特殊需求的陶瓷零部件，还需要进行电弧熔射、等离子喷涂、静电喷涂、气相沉积、超洁净清洗、阳极氧化、金属化复合等进一步的表面处理，使其达到使用要求。

来源：半导体陶瓷零部件种类及应用，陶近翁,等.

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The 7th Advanced ceramics and Power Semiconductor Industry Chain Exhibition

2025年8月26日-28日

The exhibition will cover 20,000 square meters, featuring 1,000 booths, over 500 exhibitors, and 50,000 professional visitors. It will gather enterprises from the IGBT/SiC power semiconductor industry chain, thermal management materials industry chain, as well as upstream and downstream companies in the precision ceramics, electronic ceramics, ceramic substrates, thin-film/thick-film ceramic circuit boards, ceramic packaging tubes and shells, and LTCC/HTCC/MLCC processing industry chains!

一、精密陶瓷产业链：

 

 

1、陶瓷器件及材料：MLCC、LTCC、HTCC、微波介质陶瓷、压电陶瓷、钛酸钡、碳酸钡、氧化钛、氧化铝、氧化锆、玻璃粉、氮化铝、LTCC介质陶瓷粉体、稀土氧化物、生瓷带等；

 

2、精密陶瓷：氧化锆、氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化钇、结构陶瓷、高温陶瓷、透明陶瓷、陶瓷微珠、新能源陶瓷、陶瓷轴承、陶瓷球、半导体陶瓷（搬运臂、陶瓷劈刀、静电卡盘、蚀刻环……）、3D打印陶瓷、燃料电池（SOFC）隔膜片、穿戴陶瓷、光纤陶瓷插芯、陶瓷套筒、CIM、生物陶瓷等。

 

3、陶瓷基板及封装外壳：陶瓷封装外壳、DPC、DBC、AMB、HTCC基板、LTCC基板、薄膜电路板、厚膜电路板、陶瓷封装基座、热沉、氧化铝、氮化铝、氮化硅、氧化铍、莫来石粉体及基板等；

 

4、金属材料：银粉、金粉、铜粉、镍粉、焊料（焊片、焊膏）、MLCC用内/外电极浆料、LTCC银浆、金浆、钨钼浆料、铜浆、靶材、无氧铜带、可伐合金、金属冲压件等；

 

5、助剂：陶瓷和导电浆料用分散剂、黏合剂、增塑剂、絮凝剂、矿化剂、消泡剂、润滑剂、烧结助剂等；

 

6、设备：

 

Ceramic processing equipment: sand mill, ball mill, vacuum degassing machine, three-roller machine, spray granulator, dry press, cast film machine, injection molding machine, 3D printer, mold, drying equipment, grinder, engraving machine, cutting machine, laser equipment, punching machine, hole filling machine, screen printing machine, laminating machine, laminating machine, isostatic press, hot cutting machine, leveling machine, debinding furnace, sintering furnace, brazing equipment, electroplating equipment, chemical plating, silver spraying machine, silver immersion machine, silver end machine, vacuum coating equipment, developing equipment, film removal equipment, etching machine, wet process equipment, plasma cleaning, ultrasonic cleaning, automation equipment, peel strength tester, AOI testing equipment, marking machine;

 

Packaging and testing equipment: chip mounter, wire bonding machine, capping machine, parallel seam welding capping machine, rib cutting machine, soldering equipment, laser resistance trimming machine, network analyzer, thermal cycle test equipment, thickness gauge, helium leak detector, aging equipment, appearance inspection, ultrasonic scanning microscope, X-ray inspection, laser marking, sorting equipment, package taping machine, etc.

 

7、耗材：离型膜、载带（塑料和纸质）、耐火材料、承烧板/匣钵（氧化铝、刚玉莫来石、氮化硼等）、承烧网、发泡胶、研磨耗材（金刚石微粉、研磨液）、精密网版、清洗剂、电镀药水等。

 

二、热管理产业链：

 

1、热管理材料：氧化铝、氮化铝、氮化硼、石墨烯、石墨、碳纳米管、空心玻璃微珠、导热粉体、散热基板、热沉（钨铜、钼铜、氮化铝、金刚石等）、铝碳化硅AlSiC、相变材料、导热凝胶、导热界面材料、导热垫片、导热胶带、灌封胶、热管/均热板；

 

2、散热器件：半导体制冷片（TEC）、IGBT散热器（铜、铝）、大功率晶体管散热器、通信基站散热壳体、液态金属散热器、插针式散热器等;

 

3、设备：压延机、涂布机、分条机、模切机、复卷机、切片机，CNC设备、压铸/冲压设备、热分析仪器、激光导热仪、导热系数仪、强度试验机、检测设备、自动化等。

 

三、功率半导体器件封装产业链：

 

1、材料：碳化硅，陶瓷衬板（DBC、AMB）、封装管壳、键合丝、散热基板（铜、铝碳化硅AlSiC）、导热硅凝胶、环氧灌封胶、焊料（预制焊片）、银膜/银膏、散热器（铜、铝）、功率引出端子（铜端子）、外壳（工程塑料PPS、PBT、高温尼龙）、清洗剂等；

2、设备及配件：真空焊接炉、贴片机、固晶机、引线键合机、X-ray、推拉力测试机、等离子清洗设备、点胶机、丝网印刷机、超声波扫描设备、动静态测试机、点/灌胶机、银烧结设备、垂直固化炉、甲酸真空共晶炉、自动封盖设备、高速插针机、弯折设备、超声波焊接机、视觉检测设备、推拉力测试机、高低温冲击设备、功率循环测试设备、打标机、检验平台、治具等；

 

展会预定：

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原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：半导体陶瓷部件的主要生产工艺介绍