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碳化硅(SiC)是一种人造矿物,具有很强的共价键,其硬度超过氧化铝和氮化硅。特别是碳化硅陶瓷,具有极强的滑动耐磨性,即使在高温下也能保持强度,并具有优异的耐腐蚀性。
碳化硅陶瓷在常温下具有优异的机械性能,如高强度、高硬度、高弹性模量、优异的高温稳定性,以及高导热性、低热膨胀系数、良好的比刚度和光学加工性能,尤其适用于光刻机等集成电路设备精密陶瓷结构件的制备。例如,光刻机精密移动工件台、骨架、吸盘、水冷板、精密测量镜、光栅等陶瓷结构件,经过多年的技术研发,Fountyl新型材料解决了碳化硅结构件尺寸大、壁薄、空心等复杂结构精密加工制备的难题,突破了此类精密碳化硅结构件制备技术的技术瓶颈,极大地促进了集成电路制造设备关键结构件的国产化。
● 碳化硅陶瓷主要包括无压烧结碳化硅(SSiC)、反应烧结碳化硅(RBSC)、化学气相沉积碳化硅(CVD-SiC)。
● 碳化硅具有多种优异的性能:超硬、耐磨、高导热性和机械强度、低热膨胀系数、优异的热稳定性、低密度、高比刚度、无磁性。
● 目前,碳化硅陶瓷已应用于航空、航天、核工业等各个行业,例如高端设备的陶瓷部件,如碳化硅陶瓷反射器和集成电路制造,以及极端条件下的热交换器和防弹材料。
集成电路制造的关键技术和设备主要包括光刻技术及光刻设备、薄膜生长技术及设备、化学机械抛光技术及设备、高密度后封装技术及设备等,所有这些都涉及高效、高精度、高稳定性的运动控制技术和驱动技术,对结构件的精度和结构材料的性能提出了极高的要求。以光刻机中的工作台为例,工作台主要负责完成曝光运动,这就要求实现高速、大行程、六个自由度的纳米级超精密运动。
集成电路制造设备用精密陶瓷结构件的特点:
① 高度轻量化:为了降低运动惯性,降低电机负载,提高运动效率、定位精度和稳定性,结构件一般采用轻量化结构设计,轻量化率达 60-80%,最高可达 90%;
② 高形状位置精度:为了实现高精度的运动和定位,结构件需要具有极高的形状和位置精度,平面度、平行度和垂直度要求小于1μm,形状和位置精度要求小于5μm。
③ 高尺寸稳定性:为了实现高精度的运动和定位,结构件需要具有极高的尺寸稳定性,不会产生应变,并且具有高导热性、低热膨胀系数,不易产生较大的尺寸变形;
④ 清洁无污染。结构件需要具有极低的摩擦系数、运动过程中最小的动能损失,且无研磨颗粒污染。碳化硅材料具有极高的弹性模量、导热性和低热膨胀系数,不易产生弯曲应力变形和热应变,且抛光性能优异,可加工成镜面;因此,碳化硅作为集成电路关键设备(如光刻机)的精密结构材料具有显著优势。碳化硅还具有化学稳定性好、机械强度高、导热性高、热膨胀系数低等优点,可应用于高温、高压、腐蚀和辐射等极端环境。
碳化硅具有化学稳定性好、机械强度高、导热性好、热膨胀系数低等优点,可应用于高温、高压、腐蚀和辐射等极端环境。
集成电路的关键设备要求其元器件材料具备轻质、高强度、高导热性和低热膨胀系数等特性,且致密均匀、无缺陷。元器件还需具备极高的尺寸精度和尺寸稳定性,以确保设备的超精密运动和控制。碳化硅陶瓷具有高弹性模量和比刚度,不易变形,且导热性高、热膨胀系数低、热稳定性好,因此是一种优良的结构材料,目前已在集成电路制造的关键设备中得到广泛应用,例如采用碳化硅工作台、导轨、反射器、陶瓷卡盘和陶瓷末端执行器等的光刻机。
方泰新材料 能够满足集成电路制造关键设备——光刻机——的尺寸大、空心薄壁、结构复杂、精密碳化硅结构件的制备技术需求,例如:碳化硅真空吸盘、导轨、反射器、工作台以及一系列用于光刻机的精密碳化硅结构件。
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特性 |
方特尔 |
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密度(克/立方厘米) |
2.98-3.02 |
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杨氏模量(GPa) |
368 |
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抗弯强度(MPa) |
334 |
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威布尔 |
8.35 |
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CTE(×10-6/℃) |
100℃ |
2.8×10-6 |
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400℃ |
3.6×10-6 |
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800℃ |
4.2×10-6 |
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1000℃ |
4.6×10-6 |
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热导率(W/m·k) (20 ºC) |
160-180 |
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泊松比 |
0.187 |
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剪切模量(GPa) |
155 |
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