ในอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ส่วนประกอบเซรามิกที่มีความแม่นยำ (เช่น หัวจับไฟฟ้าสถิต (ESC), วงแหวนโฟกัส, ส่วนรองรับฉนวน, วัสดุบุในห้องสุญญากาศ และตำแหน่งแกนอื่นๆ) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในตำแหน่งแกน เนื่องจากมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงที่เหนือกว่า ทนต่อการกัดเซาะของพลาสมา ฉนวนสูง และคุณลักษณะการเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนต่ำ อย่างไรก็ตาม วัสดุเซรามิกเป็นวัสดุที่เปราะโดยเนื้อแท้ซึ่งมีความแข็งสูง ไม่มีความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติก และคุณสมบัติทางกายภาพที่ไวอย่างยิ่งต่อความเครียดจากความร้อนและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ซึ่งหมายความว่าการออกแบบเชิงกลแบบดั้งเดิมสำหรับโลหะหรือพลาสติกล้มเหลวอย่างสิ้นเชิงในด้านเซรามิก - โลหะสามารถดูดซับความเข้มข้นของความเค้นผ่านผลผลิตพลาสติกเฉพาะที่ ในขณะที่เซรามิกจะเกิดการแตกหักแบบเปราะเมื่อเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่นเท่านั้น ดังนั้น ในการออกแบบภาพวาดเซรามิกที่มีความแม่นยำซึ่งคำนึงถึงข้อกำหนดด้านการทำงานและความเป็นไปได้ในการประมวลผลอย่างแท้จริง การออกแบบสำหรับการผลิต (DFM) จะต้องบูรณาการเข้ากับกระบวนการทั้งหมดของการกำหนดค่าทางเรขาคณิต ระบบพิกัดความเผื่อ ส่วนต่อประสานการประกอบ และคุณสมบัติของวัสดุ

1. ข้อจำกัดด้านการกำหนดค่าทางเรขาคณิตและการประมวลผลทางเทคโนโลยี

จากมุมมองของการปรับการกำหนดค่าทางเรขาคณิตให้เหมาะสม การออกแบบการเขียนแบบจะต้องสอดคล้องกับขีดจำกัดกระบวนการของเทคโนโลยีการประมวลผลเซรามิกสมัยใหม่ (เช่น การเจียรเพชร การประมวลผลอัลตราโซนิก การตัดด้วยเลเซอร์ และการตัดเฉือนสีเขียว) ในระดับสูงสุด ในการออกแบบโครงสร้าง การกำจัดแหล่งความเข้มข้นของความเครียดเป็นหลักการแรก ควรหลีกเลี่ยงการเกิดมุมภายในที่แหลมคม (เช่น การเปลี่ยนมุมฉาก) ในการเขียนแบบ เนื่องจากพื้นที่เหล่านี้สามารถกลายเป็นต้นตอของการเกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กและการขยายตัวได้อย่างง่ายดายภายใต้สนามความเครียดจากอุณหภูมิในระหว่างกระบวนการเผาผนึกและการประมวลผลทางกลตามมา ซึ่งนำไปสู่การบิ่นที่ขอบการประมวลผลหรือการแตกหักของบริการ มุมภายในทั้งหมดต้องได้รับการออกแบบให้มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (มุม R) หากต้องคงมุมฉากไว้เนื่องจากข้อกำหนดในการประกอบ จะต้องเพิ่มร่องเซาะร่องหรือร่องนูนเข้ากับโครงสร้าง ในเวลาเดียวกัน ความสม่ำเสมอของความหนาของผนังเป็นสิ่งสำคัญในการกำหนดคุณภาพของการเผาผนึกเซรามิก เนื่องจากเซรามิกอุตสาหกรรมถูกสร้างขึ้นจากผงและถูกทำให้หนาแน่นโดยการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง ความหนาหน้าตัดที่แตกต่างกันอย่างมากจะนำไปสู่การหดตัวที่ไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดการบิดเบี้ยวอย่างรุนแรง ความเค้นตกค้างภายใน และแม้กระทั่งการแตกร้าว นอกจากนี้ โพรงลึก รูบอดลึก และโครงสร้างอัตราส่วนภาพสูงควรถูกจำกัดอย่างเคร่งครัดในการออกแบบคุณลักษณะ เนื่องจากไม่เพียงแต่จะทำให้หัวเจียรเพชรและเครื่องมือตัดเฉือนอัลตราโซนิกเผชิญกับความแข็งที่ไม่เพียงพออย่างรุนแรงและการสึกหรอของเครื่องมือ แต่ยังจะทำให้การอพยพของเศษและสภาพความเย็นแย่ลงอย่างมากอีกด้วย

2. การแลกเปลี่ยนทางวิทยาศาสตร์ระหว่างระบบพิกัดความเผื่อและคุณภาพพื้นผิว

เมื่อเป็นเรื่องของการกำหนดระบบพิกัดความเผื่อและคุณภาพพื้นผิว วิศวกรจะต้องละทิ้งความคิดเฉื่อยที่ว่า “ยิ่งความแม่นยำยิ่งสูงเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น” พิกัดความเผื่อที่มากเกินไปส่งผลให้ต้นทุนการตัดเฉือนสูงขึ้นและอัตราเศษที่สูงของส่วนประกอบเซรามิกทางเทคนิค แม้ว่าเซรามิกขั้นสูง (เช่น อลูมิเนียมออกไซด์ อลูมิเนียมไนไตรด์ ซิลิคอนคาร์ไบด์) สามารถบรรลุความแม่นยำมิติระดับต่ำกว่าไมครอนผ่านการเจียรที่แม่นยำ แต่แบบร่างต้องไม่กำหนดพิกัดความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดในทุกมิติโดยไม่มีความแตกต่าง ขนาดที่ไม่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวผสมพันธุ์ พื้นผิวที่ว่าง หรือการวางตำแหน่งการประกอบควรผ่อนคลายเพียงพอเพื่อให้เป็นไปตามการขึ้นรูปสีเขียวหรือเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของการเผาผนึกทั่วไปสำหรับเซรามิก ต้องกำหนดเป้าหมายการติดฉลากความหยาบของพื้นผิว (Ra) - พื้นผิวดั้งเดิมเผาผนึกที่ยังไม่ผ่านกระบวนการมักจะมีความหยาบสูงกว่า ในขณะที่พื้นผิวที่ใช้งาน (เช่น พื้นผิวการดูดซับสูญญากาศเวเฟอร์ พื้นผิวการจัดตำแหน่งที่แม่นยำของซีลแบบไดนามิก พื้นผิวฉนวนความถี่สูงและแรงดันสูง) จำเป็นต้องระบุข้อกำหนดอย่างชัดเจนสำหรับการเจียรเพชรหรือการขัดเงาด้วยความแม่นยำ และชั่งน้ำหนักผลกระทบที่เกิดขึ้นจริงต่อประสิทธิภาพของไทรโบโลยี อัตราการสร้างอนุภาค และคุณสมบัติการปิดผนึกสูญญากาศอย่างแม่นยำ

3. ส่วนต่อประสานการประกอบและการปรับตัวขยายความร้อน

นอกจากนี้ สภาพการทำงานที่รุนแรงของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำหนดว่าชิ้นส่วนเซรามิกจะต้องประกอบกับชิ้นส่วนโครงสร้างโลหะ ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายอย่างรุนแรงต่อการออกแบบส่วนต่อประสานการประกอบและยึดในแบบร่าง เนื่องจากไม่สามารถต๊าปเซรามิกแข็งได้โดยตรงเพื่อสร้างเกลียวที่เชื่อถือได้ (การต๊าปโดยตรงอาจทำให้โปรไฟล์ฟันแตกหรือเลื่อนหลุดได้ง่าย) จึงควรหลีกเลี่ยงการออกแบบการต๊าปเกลียวภายในบนตัวเซรามิกโดยตรงในแบบร่าง ทางเลือกอื่นที่สมเหตุสมผล ได้แก่ การออกแบบรูทะลุด้วยหัวเทเปอร์หรือขั้นบันได และใช้สลักเกลียวโลหะสำหรับยึดและยึด ใช้กาวอนินทรีย์อุณหภูมิสูงหรือปลอกร้อนพร้อมเม็ดมีดโลหะฝังอยู่ หรือใช้แผ่นแรงดันและโครงสร้างหน้าแปลนที่มีความแม่นยำในการกดชิ้นส่วนเซรามิกลงบนฐานโลหะ ที่สำคัญกว่านั้น ความแตกต่างอย่างมากของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนจะต้องได้รับการชดเชยในแบบร่างและพิกัดความเผื่อที่พอดี ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของเซรามิก (เช่น อลูมินา ซิลิคอนคาร์ไบด์) ต่ำกว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของโลหะโครงสร้าง เช่น สแตนเลส โลหะผสมอะลูมิเนียม หรือโลหะผสมไทเทเนียมอย่างมาก หากช่องว่างการขยายตัวเนื่องจากความร้อนไม่ได้ถูกสงวนไว้อย่างเพียงพอระหว่างรูผสมพันธุ์หรือหมุดในระหว่างการออกแบบ เมื่อช่องเซมิคอนดักเตอร์ผ่านกระบวนการที่อุณหภูมิสูง (เช่น CVD ผลกระทบของผนังร้อนของช่อง Etch หรือการอบที่อุณหภูมิสูง) เนื่องจากอัตราการขยายตัวของโลหะนั้นมากกว่าอัตราการขยายตัวของเซรามิกมาก ความเค้นจากการอัดขึ้นรูปจะถูกสร้างขึ้นบนชิ้นส่วนเซรามิกอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ส่งผลให้ชิ้นส่วนเซรามิกแตกหักอย่างหายนะโดยไม่มีการเตือนล่วงหน้า

4. คำจำกัดความของข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญ

สุดท้าย ภาพวาดทางวิศวกรรมเซรามิกเซมิคอนดักเตอร์ที่ครบกำหนดและได้มาตรฐานจะต้องมีคำจำกัดความที่ชัดเจนของคุณสมบัติของวัสดุและกระบวนการหลังการประมวลผลในข้อกำหนดทางเทคนิคหรือคอลัมน์ชื่อ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยมิติหลักสี่มิติต่อไปนี้:

• เกรดวัสดุและความบริสุทธิ์: ตัวอย่างเช่น อะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูง 6% หรือ 99.9% และซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เผาด้วยปฏิกิริยาถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมความเสี่ยงของการปนเปื้อนของกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงอย่างเข้มงวดโดยสิ่งเจือปนปริมาณน้อย เช่น โลหะอัลคาไล
• ตัวบ่งชี้ความกะทัดรัดและความหนาแน่นของอากาศ: กำหนดอย่างชัดเจนว่าชิ้นส่วนจะต้องมีความหนาแน่นอย่างยิ่งโดยไม่มีรูพรุนที่เปิดอยู่ (เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของสภาพแวดล้อมสุญญากาศที่สูงเป็นพิเศษ) หรืออนุญาตให้ใช้โครงสร้างที่มีความพรุนเฉพาะหรือไม่
• ข้อมูลจำเพาะของ Edge Microprocessing: ขอบคมทั้งหมดต้องลบมุมหรือทื่อเล็กน้อย (เช่น ภายใน 2 × 45° หรือ R0.2) เพื่อกำจัดครีบขนาดเล็กและป้องกันการเกิดอนุภาคขนาดเล็กมากระหว่างการจัดการและการประกอบห้องคลีนรูม
• ข้อกำหนดการทำความสะอาดและบรรจุภัณฑ์: ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะต้องผ่านการทำความสะอาดอัลตราโซนิกและทำให้แห้งด้วยน้ำปราศจากไอออนที่มีความบริสุทธิ์สูง และบรรจุในแพ็คเกจสุญญากาศ 2 ชั้นที่ตรงตามมาตรฐานห้องสะอาดของเซมิคอนดักเตอร์