سینی سرامیکی SiC برای حامل ویفر با مقاومت در برابر دمای بالا
سینی سرامیکی کاربید سیلیکون (سینی SiC)
یک قطعه سرامیکی با کارایی بالا بر پایه ماده کاربید سیلیکون (SiC) که برای کاربردهای صنعتی پیشرفته مانند تولید نیمه‌هادی‌ها و تولید LED مهندسی شده است. وظایف اصلی آن شامل استفاده به عنوان حامل ویفر، پلتفرم فرآیند اچینگ یا پشتیبانی از فرآیند دمای بالا، با بهره‌گیری از رسانایی حرارتی استثنایی، مقاومت در برابر دمای بالا و پایداری شیمیایی برای تضمین یکنواختی فرآیند و بازده محصول است.
ویژگی‌های کلیدی
۱. عملکرد حرارتی
- رسانایی حرارتی بالا: ۱۴۰ تا ۳۰۰ وات بر متر مکعب در کلوین، که به طور قابل توجهی از گرافیت سنتی (۸۵ وات بر متر مکعب در کلوین) پیشی می‌گیرد و امکان اتلاف سریع گرما و کاهش تنش حرارتی را فراهم می‌کند.
- ضریب انبساط حرارتی پایین: 4.0×10⁻⁶/℃ (25-1000℃)، بسیار نزدیک به سیلیکون (2.6×10⁻⁶/℃)، که خطرات تغییر شکل حرارتی را به حداقل می‌رساند.
۲. خواص مکانیکی
- استحکام بالا: استحکام خمشی ≥320 مگاپاسکال (20 درجه سانتیگراد)، مقاوم در برابر فشار و ضربه.
- سختی بالا: سختی موس ۹.۵، که پس از الماس در رتبه دوم قرار می‌گیرد و مقاومت سایشی فوق‌العاده‌ای ارائه می‌دهد.
۳. پایداری شیمیایی
- مقاومت در برابر خوردگی: مقاوم در برابر اسیدهای قوی (مانند HF، H₂SO₄)، مناسب برای محیط‌های فرآیند اچینگ.
- غیر مغناطیسی: حساسیت مغناطیسی ذاتی <1×10⁻⁶ emu/g، که از تداخل با ابزارهای دقیق جلوگیری می‌کند.
۴. تحمل شرایط محیطی نامساعد
- دوام در دمای بالا: دمای عملیاتی طولانی مدت تا ۱۶۰۰-۱۹۰۰ درجه سانتیگراد؛ مقاومت کوتاه مدت تا ۲۲۰۰ درجه سانتیگراد (محیط بدون اکسیژن).
- مقاومت در برابر شوک حرارتی: در برابر تغییرات ناگهانی دما (ΔT >1000℃) بدون ترک خوردگی مقاومت می‌کند.
کاربردها
| زمینه کاربرد | سناریوهای خاص | ارزش فنی |
| تولید نیمه هادی | اچینگ ویفر (ICP)، رسوب لایه نازک (MOCVD)، پرداخت CMP | رسانایی حرارتی بالا، میدان‌های دمایی یکنواخت را تضمین می‌کند؛ انبساط حرارتی پایین، تاب برداشتن ویفر را به حداقل می‌رساند. |
| تولید ال ای دی | رشد اپیتاکسیال (مثلاً GaN)، خرد کردن ویفر، بسته‌بندی | نقص‌های چند نوع را سرکوب می‌کند و باعث افزایش راندمان نوری و طول عمر LED می‌شود. |
| صنعت فتوولتائیک | کوره‌های زینترینگ ویفر سیلیکون، پایه‌های تجهیزات PECVD | مقاومت در برابر دمای بالا و شوک حرارتی، طول عمر تجهیزات را افزایش می‌دهد. |
| لیزر و اپتیک | زیرلایه‌های خنک‌کننده لیزر پرتوان، پایه‌های سیستم نوری | رسانایی حرارتی بالا، اتلاف سریع گرما را ممکن می‌سازد و اجزای نوری را پایدار می‌کند. |
| ابزارهای تحلیلی | نگهدارنده‌های نمونه TGA/DSC | ظرفیت گرمایی پایین و پاسخ حرارتی سریع، دقت اندازه‌گیری را بهبود می‌بخشد. |
مزایای تولید
- عملکرد جامع: رسانایی حرارتی، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی بسیار فراتر از سرامیک‌های آلومینا و نیترید سیلیکون است و نیازهای عملیاتی شدید را برآورده می‌کند.
- طراحی سبک: چگالی ۳.۱ تا ۳.۲ گرم بر سانتی‌متر مکعب (۴۰٪ فولاد)، کاهش بار اینرسی و افزایش دقت حرکت.
- طول عمر و قابلیت اطمینان: عمر مفید بیش از 5 سال در دمای 1600 درجه سانتیگراد، کاهش زمان از کارافتادگی و کاهش 30 درصدی هزینه‌های عملیاتی.
- سفارشی‌سازی: از هندسه‌های پیچیده (مانند فنجان‌های مکش متخلخل، سینی‌های چند لایه) با خطای مسطح بودن کمتر از 15 میکرومتر برای کاربردهای دقیق پشتیبانی می‌کند.
مشخصات فنی
| دسته بندی پارامتر | شاخص |
| خواص فیزیکی | |
| تراکم | ≥3.10 گرم بر سانتی‌متر مکعب |
| مقاومت خمشی (20℃) | ۳۲۰–۴۱۰ مگاپاسکال |
| رسانایی حرارتی (20℃) | ۱۴۰–۳۰۰ وات بر (میلی‌کلوین) |
| ضریب انبساط حرارتی (25-1000℃) | ۴.۰×۱۰⁻⁶/℃ |
| خواص شیمیایی | |
| مقاومت در برابر اسید (HF/H₂SO₄) | بدون خوردگی پس از 24 ساعت غوطه‌وری |
| دقت ماشینکاری | |
| صافی | ≤15 میکرومتر (300×300 میلی‌متر) |
| زبری سطح (Ra) | ≤0.4 میکرومتر |
خدمات XKH
XKH راهکارهای جامع صنعتی را ارائه می‌دهد که شامل توسعه سفارشی، ماشینکاری دقیق و کنترل کیفیت دقیق می‌شود. برای توسعه سفارشی، راهکارهایی برای مواد با خلوص بالا (>99.999%) و متخلخل (30-50% تخلخل) ارائه می‌دهد، که با مدل‌سازی و شبیه‌سازی سه‌بعدی برای بهینه‌سازی هندسه‌های پیچیده برای کاربردهایی مانند نیمه‌هادی‌ها و هوافضا همراه است. ماشینکاری دقیق از یک فرآیند ساده پیروی می‌کند: پردازش پودر → پرس ایزواستاتیک/خشک → پخت در دمای 2200 درجه سانتیگراد → سنگ‌زنی CNC/الماس → بازرسی، تضمین پرداخت در سطح نانومتر و تلرانس ابعادی ±0.01 میلی‌متر. کنترل کیفیت شامل آزمایش کامل فرآیند (ترکیب XRD، ریزساختار SEM، خمش سه نقطه‌ای) و پشتیبانی فنی (بهینه‌سازی فرآیند، مشاوره 24 ساعته، تحویل نمونه 48 ساعته) است که اجزای قابل اعتماد و با کارایی بالا را برای نیازهای صنعتی پیشرفته ارائه می‌دهد.
سوالات متداول (FAQ)
۱. س: چه صنایعی از سینی‌های سرامیکی کاربید سیلیکون استفاده می‌کنند؟
الف) به دلیل مقاومت حرارتی بسیار بالا و پایداری شیمیایی، به طور گسترده در تولید نیمه‌هادی (جابجایی ویفر)، انرژی خورشیدی (فرآیندهای PECVD)، تجهیزات پزشکی (قطعات MRI) و هوافضا (قطعات با دمای بالا) استفاده می‌شود.
۲. س: چگونه کاربید سیلیکون از سینی‌های کوارتز/شیشه بهتر عمل می‌کند؟
الف) مقاومت بالاتر در برابر شوک حرارتی (تا 1800 درجه سانتیگراد در مقابل 1100 درجه سانتیگراد کوارتز)، عدم تداخل مغناطیسی و طول عمر بیشتر (5+ سال در مقابل 6 تا 12 ماه کوارتز).
۳. س: آیا سینی‌های کاربید سیلیکون می‌توانند محیط‌های اسیدی را تحمل کنند؟
بله. مقاوم در برابر HF، H2SO4 و NaOH با خوردگی کمتر از 0.01 میلی‌متر در سال، که آنها را برای اچینگ شیمیایی و تمیز کردن ویفر ایده‌آل می‌کند.
۴. س: آیا سینی‌های سیلیکون کاربید با اتوماسیون سازگار هستند؟
بله. برای جمع‌آوری در خلاء و جابجایی رباتیک طراحی شده است، با صافی سطح کمتر از 0.01 میلی‌متر برای جلوگیری از آلودگی ذرات در کارخانه‌های اتوماتیک.
۵. سوال: مقایسه هزینه با مواد سنتی چگونه است؟
الف) هزینه اولیه بالاتر (۳ تا ۵ برابر کوارتز) اما به دلیل طول عمر بیشتر، کاهش زمان از کار افتادگی و صرفه‌جویی در مصرف انرژی به دلیل رسانایی حرارتی برتر، ۳۰ تا ۵۰ درصد هزینه تمام‌شده کمتر.
