一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法与流程

本发明涉及半导体，更具体涉及一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法。

背景技术：

1、在半导体设备制造中，先进陶瓷作为关键部件材料，扮演了重要角色。陶瓷机械手臂在半导体设备中起到搬运作用，它相当于半导体设备机器人的手臂，负责搬运晶圆或者芯片到指定位置。

2、氧化铝陶瓷具备高致密性、高硬度、高耐磨性的物理性质以及良好的耐热性能、优良的机械强度、并且在高温环境下仍具有良好的抗腐蚀性等物理性能，在半导体设备中广泛应用，是用于制作半导体陶瓷手臂的绝佳材料。

3、随着7nm、5nm芯片制程精度越来越高，对导电精密陶瓷的需求越来越多；主要作用是利用导电精密陶瓷消除在芯片生产过程中产生的静电，防止制程过程静电对芯片质量的影响。目前国外采用的工艺是常压烧结氧化铝陶瓷，因其不具备导电性，故需要在其表面做导电涂层，其最大的问题是使用过程中涂层的磨损及脱落会造成灰尘污染并影响其除静电的效果，给生产过程中除静电带来不稳定性。国内生产的氧化铝电阻率大部分在105ω-1·m-1左右，电阻率高，仅满足部分防静电的要求。随着技术的发展，对电阻的要求也是越来越多样性。

4、因此，亟需一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法。

技术实现思路

1、本发明需要解决的技术问题是提供一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，以解决背景技术中的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

3、一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，具体包括以下步骤：

4、s1、按照重量比取出原料、稳定剂和导电剂并混合均匀，然后以乙醇为混合剂，按照体积比1：1加入进行14h球磨，倒出、烘干、粉碎过300目筛，得到预制粉体；然后将预制粉体装入模具，经单片初压，得到密度为2.4～2.5g/cm3的粗坯；

5、s2、将步骤s1得到的粗坯升温到1150～1200℃并保温2h，然后加压至20～25mpa，保压2～4h后，带压以1～2℃/min升温至1550℃，保温3h，将粗坯密度提高到2.9～3.1g/cm3，采用双向加压的方式二次加压至40～45mpa并保压5h；并进行6～8h真空热压烧结，再以0.5～1.1℃/min慢降温至1200～1250℃，泄压、自然降温，降温至常温后出炉，即得所述高性能导电氧化铝精密陶瓷毛坯；

6、s3、将步骤s2制备的高性能导电氧化铝精密陶瓷毛坯经切割打磨，即得导电氧化铝陶瓷。

7、进一步优化技术方案，所述步骤s1中原料为氧化铝粉体，稳定剂为氧化镁，导电剂为氧化锌，重量比为氧化铝粉体：氧化镁：氧化锌＝80～92.5：5～10：2.5～10；所述氧化铝粉体的纯度＞99.8％、粒径＜1μm、松装密度为1.0～1.2g/cm3、形貌为球形。

8、进一步优化技术方案，所述步骤s1中的球磨采用氧化铝球和尼龙球磨罐，且混合溶液的体积与球磨罐的体积比为0.8。

9、进一步优化技术方案，所述步骤s1中单片初压的压力为60～75mpa。

10、进一步优化技术方案，所述步骤s2中升温和加压的方式为：以1～2℃/min升温至1150～1200℃；以0.2～0.4mpa/min加压至8～12mpa，维持8～12mpa保压1～2h，再以0.4～0.6mpa/min加压至20～25mpa，维持20～25mpa保压2～4h；加压至40～45mpa时，以0.8～1.2mpa/min加压。

11、进一步优化技术方案，所述步骤s2中烧结速率为1～2℃/min。

12、由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

13、本发明提供的一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，通过控制氧化铝粉体、稳定剂、导电剂的比例，采用球磨混料、控制初压压力及采用多段升温控制、双向加压的方式、控制真空热压烧结参数、降温速率及泄压温度等，制备出的高性能导电氧化铝精密陶瓷其电阻1～107ω，并且电阻均匀、稳定、具有长效性。陶瓷本身直接具备导电性，一体成型，不需做任何涂层，既满足电阻稳定、均匀的要求，又能保持良好的机械性能，不惧磨损，确保除静电过程中的稳定。本发明有效保证了所制高性能导电氧化铝精密陶瓷的致密性、导电性能的均匀性和单炉陶瓷上下的均一性，整个制备过程的操作安全可控，能够在实际产业化生产过程中保证质量的均一性以及产品批次之间的稳定性，从而满足导电陶瓷的除静电以及稳定的机械性能需求，并且能够实现产业化生产。

技术特征：

1.一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中原料为氧化铝粉体，稳定剂为氧化镁，导电剂为氧化锌，重量比为氧化铝粉体：氧化镁：氧化锌＝80～92.5：5～10：2.5～10；所述氧化铝粉体的纯度＞99.8％、粒径＜1μm、松装密度为1.0～1.2g/cm3、形貌为球形。

3.根据权利要求1所述的一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中的球磨采用氧化铝球和尼龙球磨罐，且混合溶液的体积与球磨罐的体积比为0.8。

4.根据权利要求1所述的一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中单片初压的压力为60～75mpa。

5.根据权利要求4所述的一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中升温和加压的方式为：以1～2℃/min升温至1150～1200℃；以0.2～0.4mpa/min加压至8～12mpa，维持8～12mpa保压1～2h，再以0.4～0.6mpa/min加压至20～25mpa，维持20～25mpa保压2～4h；加压至40～45mpa时，以0.8～1.2mpa/min加压。

6.根据权利要求1所述的一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中烧结速率为1～2℃/min。

技术总结本发明公开了一种高性能导电氧化铝精密陶瓷的制备方法，包括按比例取料、球磨混料、初压制备粗坯的步骤，多段升温控制、双向加压、真空热压烧结、降温泄压的步骤以及切割打磨的步骤。本发明制备的高性能导电氧化铝精密陶瓷本身直接具备导电性，不需做任何涂层，电阻稳定、均匀，具有长效性，不会随时间而衰减，又能保持良好的机械性能，且制备过程的操作安全可控，制备的产品稳定性高，可产业化生产。技术研发人员：康明生,崔娜受保护的技术使用者：河北东同光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18