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陶瓷零部件在半導體制程中廣泛應用

半導體設備的升級迭代，很大程度上有賴于精密零部件的關鍵技術突破。先進陶瓷具有高硬度、高彈性模量、高耐磨、高絕緣、耐腐蝕、低膨脹等優(yōu)點，可用作多種半導體設備的零部件，在半導體設備零部件中先進陶瓷的價值占比約16%，尤其是高端陶瓷零部件陶瓷加熱器和靜電卡盤均有約30億的國內(nèi)市場空間。 

半導體設備中常用的先進陶瓷材料是氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、氧化釔等，其中氧化鋁、碳化硅和氮化鋁使用較多。半導體設備由腔室內(nèi)和腔室外設備組成，陶瓷零部件大部分用在離晶圓更近的腔室內(nèi)，屬于關鍵零部件，主要應用需求在刻蝕、薄膜沉積、光刻和氧化擴散等設備，氧化鋁、氮化鋁等先進陶瓷經(jīng)精密加工后制備的半導體設備用核心零部件，具有高強度、耐腐蝕、高精度等優(yōu)異性能。 

3D打印技術加速半導體陶瓷零部件制造

隨著半導體技術的迅猛發(fā)展，芯片特征尺寸不斷減小，對陶瓷零部件的精度、復雜度和性能提出了更高要求，傳統(tǒng)工藝的局限性逐漸凸顯。傳統(tǒng)陶瓷制造工藝通常將陶瓷粉末和粘結(jié)劑或其它添加劑混合，通過注射成型、模壓、流延、凝膠注模等方法制成所需形狀。制得的生坯再經(jīng)過高溫脫脂和燒結(jié)等工藝進一步致密化。然而，這些傳統(tǒng)制造工藝大多需要事先制造模具，使得整體生產(chǎn)周期較長，且無法成型具有高度復雜結(jié)構(gòu)的陶瓷零件。此外，由于陶瓷具有極高硬度和脆性，使得其加工異常困難。一方面切削刀具容易磨損，另一方面也可能在加工過程中導致樣件的開裂等缺陷的產(chǎn)生。 

將3D打印技術應用于陶瓷零件制造為解決上述問題和挑戰(zhàn)提供了全新可能。陶瓷3D打印技術最早由Marcus等人和Sachs等人于20世紀90年代提出。隨著材料和計算機等科學和技術水平的不斷提升，適用于陶瓷零件制造的3D打印工藝研究也得到了長足發(fā)展，其門類也越來越豐富。

3D技術制備半導體陶瓷零部件的優(yōu)勢在于：

1.精密結(jié)構(gòu)一體化

3D打印賦予制造者更多靈活性，突破了傳統(tǒng)制造領域的邊界，可實現(xiàn)流線結(jié)構(gòu)、內(nèi)部多腔道、超薄壁厚和一體化結(jié)構(gòu)等設計，同時保證產(chǎn)品尺寸精度，滿足了部件更高更精細的功能需求。

2.成型精度高，質(zhì)量穩(wěn)定

3D打印通過光固化成型陶瓷胚體后再經(jīng)高溫燒制完成，無需機加工進行后道處理。并且生產(chǎn)參數(shù)可以實現(xiàn)迭代優(yōu)化，批次間的產(chǎn)品精度穩(wěn)定，批量生產(chǎn)成品率不斷提升。

3.按需定制，高效靈活

3D打印無需模具，即使在批量生產(chǎn)過程中的設計更新也可輕松調(diào)整。從設計到量產(chǎn)，我們最大限度地減少了材料和能源消耗，減少了不必要的模具和多部件組合成本。

2025年5月13日，中國粉體網(wǎng)將在江蘇昆山舉辦“第四屆半導體行業(yè)用陶瓷材料技術大會”，屆時，來自博世先進陶瓷項目負責人聶品旭將帶來題為《3D打印加速半導體產(chǎn)業(yè)陶瓷精密制造》的報告，報告將涵蓋陶瓷增材制造市場概況，陶瓷3D打印技術特點，并結(jié)合實際應用案例分析。

報告老師簡介

聶品旭，畢業(yè)于比利時魯汶大學陶瓷專業(yè)，一直從事陶瓷材料的研發(fā)，生產(chǎn)和市場應用開發(fā)，主要包括陶瓷高端粉體制備，先進陶瓷成型，燒結(jié)等工藝開發(fā)，對半導體，醫(yī)療，新能源領域有多年的市場拓展經(jīng)驗，自2021年開始，從事陶瓷3D打印技術這一創(chuàng)新制造技術的應用開發(fā)。

來源：

博世先進陶瓷、粉體網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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