在现代科技里,半导体产业支撑着众多电子设备,从日常的手机、电脑,到工业自动化系统,半导体技术无处不在。而陶瓷半导体零件,正悄然在其中扮演关键角色。
陶瓷半导体零件并非普通陶瓷,其电导率在 10⁻⁶~10⁵S/m,呈现半导体特性,且电导率会随温度、光照等外界条件显著变化。普通金属导电性稳定,它却像多变的溪流,能将外界物理量转化为电信号,是制造敏感元件的理想材料。
耐高温:许多陶瓷半导体零件能在 800℃以上高温长期稳定工作,超高温下也能短暂支撑。半导体制造的高温烧结环节,就靠它保障工艺顺利进行。
高强度与高韧性:打破陶瓷易碎印象,它具备高韧性、高强度和抗冲击性。在芯片封装等半导体设备关键部件中,可承受外力冲击,保护芯片,提升设备稳定性与寿命。
耐腐蚀:半导体产业诸多生产环节接触化学物质,陶瓷半导体零件化学稳定性好、耐冲刷,能有效抵御腐蚀性介质,确保设备正常运行。
绝缘性能佳:作为良好绝缘体,它广泛用于制作电路基片、电子管插座等,保证电子设备电流按预定路径流动,防止漏电。
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制作需选用高纯度陶瓷原料,如氧化铝、氮化硅等。以氮化硅陶瓷半导体零件为例,要严控原料纯度和颗粒大小,保障产品性能。
常用干压成型、冷等静压成型。干压像用模具压面团,冷等静压靠液体均匀施压,让原料各方向受力均匀,这对零件形状精度和内部结构均匀性影响重大。
半导化是其独特工艺,方式有二:一是掺杂不等价离子取代主晶相离子,如 BaTiO₃中用 La³⁺取代 Ba²⁺形成施主或受主能级;二是控制烧成气氛、温度和冷却过程,改变化合物组成,实现半导化。
零件初步成型后,需精密加工。半导体制造对精度要求极高,微小误差都影响芯片性能,精密加工让陶瓷半导体零件满足严苛精度要求,为后续组装应用打基础。
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晶圆处理设备:陶瓷载物台承载晶圆,其平滑、耐温、耐腐蚀,确保晶圆处理稳定可靠;陶瓷窗口用于观察设备内部,由透明陶瓷制成,具备高温稳定、耐蚀和透光性;陶瓷绝缘子隔离电子元件,防电气故障。
真空设备:陶瓷用于真空腔体部件,如密封环、法兰等,因其高密度、低气孔率和优异密封性能,能有效防止气体泄漏;陶瓷泵体耐腐耐磨,延长使用寿命;陶瓷密封环用于设备密封。
热处理设备:陶瓷材料熔点高、高温稳定,部分陶瓷导热性好、热膨胀系数小,在热处理设备中用于制造加热元件、隔热材料等关键部件。
等离子处理设备:陶瓷喷嘴产生均匀等离子体,陶瓷电极承受高电压电流,保障等离子蚀刻、清洗等过程高效稳定。
敏感元件:因电导率随外界变化,可制成热敏、光敏、气敏、湿敏等元件。热敏陶瓷分 NTC、PTC、CTR,用于温度补偿、测量等;光敏陶瓷用作光开关、太阳能电池;气敏陶瓷用于气体检测;湿敏陶瓷用于湿度测量控制。
芯片封装:陶瓷封装气密性、电绝缘性和机械强度良好,热膨胀系数与芯片匹配,能保护芯片,减少热应力损伤,随着半导体技术发展,应用前景广阔。
科技进步使半导体产业对陶瓷半导体零件需求持续增长。现有领域对性能质量要求提升,推动企业加大研发投入、创新技术;新领域不断开拓,5G、物联网、人工智能发展带来机遇,新能源汽车领域有望应用于电池热管理、电机绝缘等。半导体技术向高集成度、小尺寸发展,虽对其精度和性能提出挑战,但也将成为行业发展动力,未来它将在更多领域展现独特价值,为半导体产业和科技领域注入活力。