PEEK в полупроводниковой промышленности

PEEK (полиэфирэфиркетон), как высокопроизводительный специальный конструкционный пластик, играет решающую роль в полупроводниковой промышленности благодаря своей стойкости к высоким температурам, химической стойкости к коррозии, низкому газовыделению (низкому выделению), высокой механической прочности, хорошей электроизоляции и технологичности. Его основные области применения сосредоточены на ключевых компонентах оборудования для производства полупроводников, прецизионных компонентах в чистых средах, а также процессах упаковки и тестирования. Ниже подробно описано его применение на конкретных этапах процесса:

Обработанные детали из PEEK

Ⅰ . Основные приложения в производстве полупроводников

Оборудование для производства полупроводников включает в себя множество прецизионных процессов, таких как фотолитография, травление, осаждение тонких пленок, химико-механическая полировка (ХМП) и очистка. Оборудование должно работать в условиях высокой коррозии, высокой чистоты, высоких/низких температур или вакуума. Комплексные характеристики PEEK делают его подходящим для таких сложных условий.

1. Компоненты для обработки и транспортировки пластин

Носитель/кассета для пластин: используется для хранения и транспортировки пластин, она должна противостоять коррозии от чистящих растворов (таких как смеси серной кислоты и перекиси водорода) и плазменной среды. Низкое газовыделение PEEK предотвращает загрязнение поверхности пластины, а его жесткость превосходит обычные пластмассы, обеспечивая плоскостность пластины.

Робот-рабочий орган: на автоматизированных линиях по производству полупроводников роботизированные руки должны точно захватывать пластины. Низкий коэффициент трения, износостойкость и стабильность размеров PEEK снижают риск появления царапин на пластинах; в некоторых случаях для повышения жесткости используется армирование углеродным волокном (CF/PEEK).

2. Оборудование для химико-механической полировки (ХМП)

CMP — это ключевой процесс планаризации пластин, требующий использования полирующих суспензий с сильными кислотами и основаниями, содержащих наноабразивы (такие как абразивы SiO₂ + аммиак/перекись водорода). PEEK обычно используется в:

Стопорные кольца: используются для фиксации полировальной подушечки и предотвращения смещения пластины. Они должны быть устойчивы к коррозии и истиранию полирующей жидкостью. Долговременная термостойкость PEEK (250 ℃) позволяет ему выдерживать локальное выделение тепла во время процесса полировки.

Компоненты правки: используются для правки поверхности полировальной подушечки. Химическая стойкость PEEK защищает от коррозионного воздействия полировальных жидкостей.

3. Оборудование для влажного травления и очистки.

В процессах мокрого травления пластины необходимо погружать в сильнокоррозионные растворы (такие как HF, HNO₃, КОН). Компоненты оборудования (трубы, клапаны, насосы, форсунки) должны быть химически стойкими и иметь низкую выщелачиваемость. Преимущества PEEK перед традиционными металлами или фторопластами (например, PTFE):

Более высокая механическая прочность, чем у ПТФЭ (предел прочности примерно 90-100 МПа против 20-30 МПа у ПТФЭ), меньшая склонность к деформации;

Повышенная устойчивость к высокому давлению (выдерживает давление в несколько мегапаскалей), подходит для систем промывки под высоким давлением;

Гладкая поверхность (коэффициент трения 0,1-0,3), уменьшающая адсорбцию частиц и улучшающая чистоту.

4. Компоненты вакуумной и плазменной среды.

В полупроводниковых вакуумных камерах (таких как оборудование PVD и CVD) материалы должны иметь низкий уровень газовыделения, чтобы избежать загрязнения вакуумной среды. Общая скорость выделения газов (TML) PEEK обычно составляет <1%, что намного ниже, чем у обычных пластиков, что делает его пригодным для:

Рамы смотровых окон вакуумной камеры: замена металла для снижения веса и предотвращения загрязнения ионами металлов; Краевые ограничители электростатического патрона (ESC): фиксируют пластины и изолируют их от плазмы; Устойчивость PEEK к плазменной бомбардировке (стойкость к радиации) превосходит большинство полимеров;

Корпуса датчиков: защита датчиков давления/температуры в вакууме; Низкие характеристики газовыделения обеспечивают точность измерений.

Детали из PEEK

Ⅱ . Уплотнительные и соединительные компоненты

Уплотнения (уплотнительные кольца, прокладки) и разъемы в полупроводниковой аппаратуре должны одновременно отвечать требованиям по химической стойкости, высокой термостойкости и малому выделению выделений:

Уплотнения: PEEK можно комбинировать с перфторэластомерной резиной (FFKM) или использовать непосредственно в качестве статических уплотнений (например, фланцевых прокладок), заменяя традиционную резину (которая склонна к набуханию и старению) в сильно агрессивных жидкостях или в высокотемпературных (выше 200°C) средах.

Электрические разъемы: высокая изоляция PEEK (объемное сопротивление > 10¹⁶ Ом·см) и устойчивость к дуге делают его пригодным для разъемов, используемых при передаче высокочастотных сигналов (например, в радиочастотных тестовых интерфейсах), чтобы предотвратить затухание сигнала.

Ⅲ. Этапы упаковки и тестирования

Для упаковки полупроводников (например, монтаж микросхемы, соединение) и тестирования (например, карты датчиков) требуются материалы, которые выдерживают высокие температуры пайки (свыше 260°C) и имеют низкий уровень загрязнения:

Тестовые разъемы: используются для функционального тестирования чипа. Термическая стабильность PEEK (длительное использование 250°C, кратковременное 300°C) позволяет ему выдерживать многократные установки и удаления, а также высокотемпературное старение. Добавление проводящих наполнителей (например, углеродного волокна/графита) обеспечивает защиту от электростатического разряда (ESD), предотвращая электростатический пробой чипа.

Вспомогательные элементы выводной рамки: в некоторых расширенных корпусах (например, разветвленных) PEEK можно использовать в качестве приспособления для временного удержания чипа. Низкое газовыделение предотвращает загрязнение клея.

Обзор AHD

Ⅳ.Резюме

Преимущества сердечника пластикового листа PEEK соответствуют требованиям полупроводников.

В полупроводниковой промышленности предъявляются чрезвычайно высокие требования к чистоте материалов (малое количество осадков), химической стойкости (коррозионная стойкость) и надежности (длительный срок службы). PEEK становится ключевым выбором благодаря следующим характеристикам:

Низкое выделение газа: предотвращает загрязнение пластин и повышает выход;

Адаптивность в широком температурном диапазоне: поддерживает стабильную работу от -50 ℃ до 300 ℃;

Химическая стойкость: Устойчив к сильным кислотам, сильным щелочам, органическим растворителям и плазме;

Прецизионная обрабатываемость: можно формовать под давлением и обрабатывать на станках сложные конструкции (например, микроканалы).

По мере сокращения технологических узлов полупроводниковых процессов требования к чистоте и точности материалов еще более возрастают. PEEK и его модифицированные продукты заменят традиционные металлы и пластмассы в более высокотехнологичном оборудовании, став ключевым базовым материалом в производстве полупроводников.

Лист полиэфирэфиркетона AHD

Ⅴ. Основные характеристики PEEK

«Высокая эффективность» PEEK обусловлена синергическим эффектом его молекулярной структуры и кристалличности. Ниже приведены его ключевые преимущества, которые отличают его от обычных пластиков:

1. Выдающаяся устойчивость к высоким температурам.

Длительная рабочая температура: от -50 ℃ до 250 ℃ (непрерывное использование); кратковременная толерантность до 300 ℃.

Температура стеклования (Tg): примерно 143 ℃ (неармированный); Точка плавления (Tm): примерно 343 ℃ (полукристаллическая природа позволяет сохранять определенную прочность вблизи точки плавления).

Стабильность характеристик при высоких температурах: даже после длительного использования при температуре 250 ℃ механические свойства (такие как прочность и модуль упругости) демонстрируют минимальную деградацию, значительно превосходящую свойства обычных инженерных пластиков.

2. Отличные механические свойства.

Высокая прочность и высокая жесткость: чистый PEEK имеет прочность на разрыв примерно 90–100 МПа и модуль упругости 3,6 ГПа.

Сопротивление усталости: его нелегко сломать при циклической нагрузке; его усталостная долговечность в несколько раз выше, чем у металлов.

Устойчивость к истиранию: отличные самосмазывающиеся свойства (коэффициент трения 0,1–0,3) с чрезвычайно низкой скоростью износа при трении о металл.

3. Сильная стойкость к химической коррозии.

Устойчив к большинству органических растворителей (например, спиртам, углеводородам, кетонам), слабым кислотам/основаниям (например, соляной кислоте, разбавленным растворам серной кислоты);

Растворим только в сильных окисляющих кислотах, таких как концентрированная серная кислота и концентрированная азотная кислота (требует условий высокой температуры и давления);

Отличная стойкость к гидролизу (превосходит полиэфирные пластмассы, такие как ПЭТ), стабильные характеристики в условиях высокой температуры и высокой влажности (например, пар при 150 ℃).

4. Биосовместимость и безопасность.

Соответствует стандартам биобезопасности ISO 10993, не обладает цитотоксичностью, сенсибилизацией или генотоксичностью;

Модуль упругости (3,6 ГПа) близок к модулю человеческой кости (3 ~ 20 ГПа), что снижает вероятность «защиты от стресса» (дегенерации кости, вызванной чрезмерно высоким модулем упругости металлических имплантатов) после имплантации;

Выдерживает высокую температуру и стерилизацию под высоким давлением, подходит для многоразовых хирургических инструментов.

5. Огнестойкость

Соответствует рейтингу UL94 V-0 без добавления антипиренов; производит чрезвычайно мало дыма при горении (малодымный, нетоксичный), подходит для железнодорожных перевозок и салонов самолетов.

Устойчивость к радиации: выдерживает 10 ⁹ Гр или выше гамма-лучей или рентгеновских лучей (обычные пластмассы становятся хрупкими при 10 ⁶ Гр), подходят для использования в оборудовании атомной промышленности или медицинских устройствах для лучевой терапии.

6. Хорошая производительность обработки

Может подвергаться литью под давлением, экструдированию и механической обработке, подходит для изготовления деталей сложной формы (таких как интегрированные медицинские устройства и прецизионные механические детали); Широкий диапазон температур обработки (360–400 ℃), но следует избегать длительных высоких температур, чтобы предотвратить термоокислительную деградацию (требуется защита инертным газом или быстрое охлаждение).

Лист полиэфирэфиркетона AHD PEEK