一种半导体加热吸盘及制备方法及应用与流程

本发明属于电子元器件制造，具体属于一种半导体加热吸盘及制备方法及应用。

背景技术：

1、半导体加热吸盘，特别是用于晶圆加工的静电吸盘(esc,e-chuck)，其结构通常较为复杂，但基本原理是利用静电吸附作用来固定晶圆。一个典型的静电吸盘系统采用类似三明治的结构，自表层到底座依次为：电介质吸附层、电极层和基底层，在晶圆制造过程中，一个直流电压加在圆片和下电极之间，晶圆由于静电吸引力被夹持在静电吸盘上。此外，晶圆的热量可以通过流经晶圆背面的热传导气体如氦气传导出去，以达到温度控制的作用。

2、目前半导体加热吸盘的发热盘采用电热丝加热，结构复杂，通过辐射加热转换率低，而且容易氧化产生断裂和漏电等缺陷，我们通过石墨烯涂层陶瓷复合基板，石墨烯是特殊加热元件。电热能转换率为99.2以上，在通电几十秒内，发热体表面温度迅速升高，并将热能传递给覆盖在碳纤维电热材板表面的覆盖物，使覆盖物表面温度不断升高，2-4min之后，发热体以及隔热材料之间达到热态平衡，因为石墨烯涂层均匀喷涂在基板表面，发热基板热传导效率高、热分布均匀，半导体加热吸盘使用时会对芯片的温度均匀性要求较高，温度均匀性太大对芯片性能和寿命会造成不利影响。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种半导体加热吸盘及制备方法及应用，可以显著提升电子设备的性能，其超高的导电性能和优异的热管理性能将有助于实现更快的信号传输和更有效的散热，将推动电子行业的创新发展。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体加热吸盘，加热基板采用石墨烯发热陶瓷基板，石墨烯发热陶瓷基板的制备如下：

3、s1、在光洁度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面制备电极，得到预处理陶瓷基板；

4、s2、将石墨烯涂料涂覆在预处理陶瓷基板表面，干燥、烧结得到石墨烯发热陶瓷基板；

5、所述石墨烯涂料采用石墨烯、硅烷偶联剂、硅酸钾、硅丙乳液、聚丙烯酸钠、消泡剂和成膜剂混合制备。

6、进一步的，s1中，在光洁度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面涂覆导电浆料，烧结固化得到表面具有电极的预处理陶瓷基板，导电浆料采用金、铜或银导电浆料。

7、进一步的，s1中，在光洁度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面涂覆5mm～30mm的导电浆料，在空气或氮气烧结气氛下，在200℃～1200℃保温30min～120min，得到表面具有电极的预处理陶瓷基板。

8、进一步的，s2中，石墨烯涂料的制备方法具体如下：

9、s2.1将1份石墨烯和2份硅烷偶联剂溶解在10～20份的蒸馏水中，在500r/min～1500r/min转速下搅拌20min～30min，超声5min～20min，获得石墨烯分散液；

10、s2.2以质量分数计，将10％～20％硅酸钾、5％～10％的硅丙乳液加入到石墨烯分散液中，在500r/min～1500r/min转速下搅拌30min获得基料；

11、s2.3将1％～5％的聚丙烯酸钠、2％～8％的消泡剂和2％～5％的成膜剂加入基料中得到混合液，混合液在500r/min～1500r/min下搅拌20min～60min，制成石墨烯涂料。

12、进一步的，石墨烯发热陶瓷基板与铜片集成，底部设置冷却盘，墨烯发热陶瓷基板和温控系统连接，冷却盘与冷却水机组连接。

13、进一步的，石墨烯发热陶瓷基板的单相电工作电压为ac220v，额定功率为1200w～1500w，电气强度650v ac/min无闪络；绝缘电阻：>50mω1000v兆欧表；泄漏电流：≤5ma，250vac，冷态。

14、进一步的，温控系统显示温度分辨率：±0.1℃；冷却水机组三相电工作电压为ac380v，额定功率为3.5kw～4.5kw。

15、本发明还提供上述半导体加热吸盘组装的一种高低温晶圆测试平台。

16、进一步的，还包括高低温载物台，半导体加热吸盘固定在高低温载物台上，通过不锈钢轴承连接实现升降。

17、进一步的，高低温载物台采用碳化硅混合物制得，其中sic的含量≥83％和si的含量≤16％。

18、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

19、本发明提供一种半导体加热吸盘，采用使用石墨烯发热陶瓷基板作为加热基板，石墨烯发热陶瓷基板的电热转换率高达99.2％以上，相比传统的电热丝加热方式，加热效率显著提高。石墨烯涂层均匀喷涂在基板表面，使得热传导效率高且热分布均匀，能够在极短时间内(几十秒内)迅速升温。通过实验证明，该石墨烯发热陶瓷基板约3分钟即可升温至140℃，远优于现有加热丝10℃～20℃/分钟的加热效率。由于石墨烯涂层均匀且热传导效率高，使得半导体加热吸盘在使用时能够确保芯片的温度均匀性，这对芯片的性能和寿命至关重要。温度均匀性过大可能对芯片造成不利影响，而本发明的石墨烯发热陶瓷基板能够有效避免这一问题。石墨烯材料具有优异的抗氧化性和机械强度，相比传统电热丝不易氧化断裂和漏电，从而提高了加热元件的使用寿命和系统的稳定性。高效率的电热转换减少了能源浪费，同时减少了因加热产生的热量损失，有利于节能环保。

20、本发明提供一种高低温晶圆测试平台，通过半导体加热吸盘和高低温载物台的组合，平台能够实现对晶圆在不同温度条件下的测试，覆盖了更广泛的测试范围，满足更多应用场景的需求，配备的温控系统具有高精度的温度显示分辨率(±0.1℃)，能够确保测试过程中温度控制的准确性，提高测试结果的可靠性。半导体加热吸盘通过不锈钢轴承连接实现升降，使得平台能够适应不同尺寸和形状的晶圆测试需求，提高了测试的灵活性和便捷性。高低温载物台采用碳化硅混合物制得，具有良好的热稳定性和机械强度，能够确保测试过程中环境的稳定性和可靠性。

21、综上，本发明不仅提升了电子设备的性能，还推动了电子行业在加热、散热及温度管理等方面的技术创新和发展。发明半导体加热吸盘和高低温晶圆测试平台在加热效率、热管理性能、长寿命与稳定性、节能环保以及测试能力等方面均有显著改进和提升，为电子行业的发展注入了新的动力。

技术特征：

1.一种半导体加热吸盘，其特征在于，加热基板采用石墨烯发热陶瓷基板，石墨烯发热陶瓷基板的制备如下：

2.根据权利要求1所述的一种半导体加热吸盘，其特征在于，s1中，在光洁度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面涂覆导电浆料，烧结固化得到表面具有电极的预处理陶瓷基板，导电浆料采用金、铜或银导电浆料。

3.根据权利要求1所述的一种半导体加热吸盘，其特征在于，s1中，在光洁度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面涂覆5mm～30mm的导电浆料，在空气或氮气烧结气氛下，在200℃～1200℃保温30min～120min，得到表面具有电极的预处理陶瓷基板。

4.根据权利要求1所述的一种半导体加热吸盘，其特征在于，s2中，石墨烯涂料的制备方法具体如下：

5.根据权利要求1所述的一种半导体加热吸盘，其特征在于，石墨烯发热陶瓷基板与铜片集成，底部设置冷却盘，墨烯发热陶瓷基板和温控系统连接，冷却盘与冷却水机组连接。

6.根据权利要求5所述的一种半导体加热吸盘，其特征在于，石墨烯发热陶瓷基板的单相电工作电压为ac220v，额定功率为1200w～1500w，电气强度650v ac/min无闪络；绝缘电阻：>50mω1000v兆欧表；泄漏电流：≤5ma，250vac，冷态。

7.根据权利要求5所述的一种半导体加热吸盘，其特征在于，温控系统显示温度分辨率：±0.1℃；冷却水机组三相电工作电压为ac380v，额定功率为3.5kw～4.5kw。

8.采用权利要求1～7中任一项所述的半导体加热吸盘组装的一种高低温晶圆测试平台。

9.根据权利要求8所述的一种高低温晶圆测试平台，其特征在于，还包括高低温载物台，半导体加热吸盘固定在高低温载物台上，通过不锈钢轴承连接实现升降。

10.根据权利要求9所述的一种高低温晶圆测试平台，其特征在于，高低温载物台采用碳化硅混合物制得，其中sic的含量≥83％和si的含量≤16％。

技术总结本发明提供一种半导体加热吸盘及制备方法及应用，加热基板采用石墨烯发热陶瓷基板，石墨烯发热陶瓷基板的制备如下：S1、在光洁度Ra＜0.008μm的陶瓷基板表面制备电极，得到预处理陶瓷基板；S2、将石墨烯涂料涂覆在预处理陶瓷基板表面，干燥、烧结得到石墨烯发热陶瓷基板；所述石墨烯涂料采用石墨烯、硅烷偶联剂、硅酸钾、硅丙乳液、聚丙烯酸钠、消泡剂和成膜剂混合制备。本发明可以显著提升电子设备的性能，其超高的导电性能和优异的热管理性能将有助于实现更快的信号传输和更有效的散热，将推动电子行业的创新发展。技术研发人员：刘波波,唐健江,黄剑,史永贵,赵亮受保护的技术使用者：昆山瑞芯源光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2