碳化硅這種新材料的迅速崛起，離不開(kāi)這種特殊材料的制備的制備工藝的逐漸成熟，也得益于碳化硅陶瓷材料的各種優(yōu)異的性能，如今針對(duì)碳化硅陶瓷加工的各種難點(diǎn)，我們鑫騰輝數(shù)控專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用心的改造升級(jí)了我們的數(shù)控精雕機(jī)，現(xiàn)在我們的陶瓷專(zhuān)用精雕機(jī)已經(jīng)可以解決陶瓷加工過(guò)程當(dāng)中遇到的機(jī)床使用壽命短，加工速度慢，加工效率低的難題，鑫騰輝數(shù)控陶瓷數(shù)控精雕機(jī)價(jià)格咨詢(xún)：139-234-13250。

 

碳化硅陶瓷精雕機(jī)特點(diǎn)：

 

?針對(duì)碳化硅陶瓷的加工難點(diǎn)，優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)機(jī)床剛性。

?全密閉分區(qū)設(shè)計(jì)，陶瓷磨削加工區(qū)和電器組件區(qū)分離，更好清理更好保護(hù)機(jī)床。

?雙層防護(hù)，Y軸采用不銹鋼防護(hù)板以及風(fēng)琴式防護(hù)罩雙層設(shè)計(jì)，有效防范陶瓷粉塵侵?jǐn)_。

?轉(zhuǎn)角雙開(kāi)門(mén)，安全門(mén)開(kāi)啟角度更大，方面拿取工件。

 

 

機(jī)床功能：

 

自動(dòng)換刀系統(tǒng)：具備自動(dòng)換刀功能，實(shí)現(xiàn)快速換刀，提升加工效率。

精密自動(dòng)對(duì)刀：只需一鍵操作，即可完成刀具的自動(dòng)對(duì)刀，方便快捷。

自主研發(fā)智能控制系統(tǒng)：自本系統(tǒng)功能使用，能夠記錄刀具使用壽命、傻瓜式編程等實(shí)用功能，當(dāng)?shù)毒哌_(dá)到使用壽命時(shí)自動(dòng)報(bào)警，讓您在加工碳化硅時(shí)更安心。

 

產(chǎn)品實(shí)拍圖：

 

碳化硅陶瓷精雕機(jī)的拓展閱讀：

 

      TC650碳化硅陶瓷精雕機(jī)是一款針對(duì)碳化硅、氮化硅等超高硬度材料加工而設(shè)計(jì)的一種新型cnc機(jī)床。根據(jù)碳化硅的加工特點(diǎn)，我們選用了轉(zhuǎn)速在每分鐘24000轉(zhuǎn)的中高速電主軸，這樣既能保證碳化硅加工時(shí)所需的足夠扭矩，同時(shí)又能避免因轉(zhuǎn)速過(guò)高而造成的刀具過(guò)度損耗的弊端。

碳化硅的應(yīng)用：

碳化硅陶瓷的熱傳導(dǎo)能力僅次于氧化鈹陶瓷。利用這一特性，可作為優(yōu)良的熱交換器材料。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中被陽(yáng)光聚焦加熱的熱交換器，其工作溫度高達(dá)1000～1100℃，具有高熱傳導(dǎo)性的碳化硅陶瓷很適合做這種熱交換器的材料，從試驗(yàn)情況來(lái)看，碳化硅陶瓷熱交換器的工作狀態(tài)良好。此外，在原子能反應(yīng)堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料，還可作為火箭尾噴管的噴嘴及飛機(jī)駕駛員的防彈用品。

此外，為了提高切削刀具的切削性能，20世紀(jì)以來(lái)，刀具材料經(jīng)過(guò)了高速鋼和硬質(zhì)合金兩次發(fā)展過(guò)程，目前正在進(jìn)入陶瓷刀具大發(fā)展的階段。新型陶瓷以其耐高溫、耐磨削的特點(diǎn)，已在20世紀(jì)初引起了高速切削工具行業(yè)的注意。陶瓷刀具具有高硬度、高耐磨性，因此便成為制造切削刀具的理想材料。目前，制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化鋁、氧化鋁-碳化鈦、氧化鋁-氮化鈦-碳化鈦-碳化鎢、氧化鋁-碳化鎢-鉻、氮化硼和氮化硅等。以這類(lèi)材料制作的刀具沒(méi)有冷卻液也可以工作，比起硬質(zhì)合金來(lái)具有切削速度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，歐美各國(guó)都已廣泛使用陶瓷材料做鉆頭、絲錐和滾刀；原蘇聯(lián)確定了7000多個(gè)品種的合金刀具，用噴涂表面陶瓷涂層的辦法來(lái)提高車(chē)刀的工作速度和使用壽命。

 

聯(lián)系方式：

東莞市望輝機(jī)械有限公司

聯(lián)系人：許先生

聯(lián)系電話：139 234 13250

廠址：東莞市大朗鎮(zhèn)犀牛陂村瓦窯街35號(hào)

網(wǎng)址：m.cy008n.cn

 

  碳化硅半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，給相關(guān)研究以及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域提出了很多需要解決的問(wèn)題，產(chǎn)生了許多不確定性因素，但也帶來(lái)了新的產(chǎn)業(yè)和機(jī)遇。本文主要從材料的傳統(tǒng)機(jī)械特性做一個(gè)介紹性的討論。

一、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀綜述

對(duì)于迅速發(fā)展中的基于第3代半導(dǎo)體新材料的碳化硅器件產(chǎn)業(yè)，筆者一直給予緊密的關(guān)注。最近一段時(shí)期以來(lái)，該產(chǎn)業(yè)不論是從關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，還是從市場(chǎng)發(fā)育，都發(fā)生了引人注目的進(jìn)步。主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：

第一，器件市場(chǎng)上，碳化硅功率半導(dǎo)體器件已經(jīng)被充分接受。相關(guān)的各類(lèi)產(chǎn)品，包括肖特基二極管（SBD），以及市場(chǎng)在成熟之中的金屬氧化物半場(chǎng)效晶體管(MOSFET)，結(jié)型場(chǎng)效效應(yīng)晶體管(JFET)等器件都供不應(yīng)求，產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)都出現(xiàn)產(chǎn)能不足的現(xiàn)象。雖然某些器件關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題如MOSFET的溝道遷移率等還沒(méi)有取得飛躍式的進(jìn)展，但隨著人們對(duì)于這些問(wèn)題認(rèn)識(shí)的深入，還是可以制造出符合某些市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必然會(huì)帶來(lái)技術(shù)和工藝的穩(wěn)定進(jìn)步，器件性能的提高和成本的下降；而后者又會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。產(chǎn)業(yè)和投資界對(duì)此已普遍沒(méi)有質(zhì)疑。

第二，在市場(chǎng)迅速發(fā)育的同時(shí)，成本占比最大、長(zhǎng)期制約整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。瓶頸環(huán)節(jié)的襯底材料，也出現(xiàn)了可喜的進(jìn)步。表現(xiàn)在技術(shù)擴(kuò)散、供應(yīng)商增多、技術(shù)和成本透明化，同時(shí)質(zhì)量也進(jìn)一步得到提高。碳化硅襯底尺寸目前處于4～6寸的轉(zhuǎn)換期，產(chǎn)能?chē)?yán)重不足。隨著國(guó)內(nèi)碳化硅襯底材料制備技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，其不但可以為國(guó)內(nèi)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而且也會(huì)改變?nèi)虍a(chǎn)業(yè)生態(tài)和市場(chǎng)格局。

第三，產(chǎn)業(yè)投資踴躍。據(jù)了解，目前全國(guó)已經(jīng)開(kāi)始或者計(jì)劃開(kāi)始上馬的碳化硅半導(dǎo)體相關(guān)的投資項(xiàng)目已接近20個(gè)，全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)能不足的局面，有望在一兩年內(nèi)得到緩解。

當(dāng)一個(gè)半導(dǎo)體器件從實(shí)驗(yàn)室和試生產(chǎn)轉(zhuǎn)向成熟的商業(yè)化量產(chǎn)階段后，仍然需要解決大量的技術(shù)和工藝問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)很多產(chǎn)業(yè)機(jī)遇。這些問(wèn)題往往被排除在實(shí)驗(yàn)室從事原型研發(fā)人員的視野之外，屬于純粹的產(chǎn)業(yè)研發(fā)范疇，但是對(duì)于一個(gè)具體產(chǎn)品、一個(gè)具體技術(shù)路線和一個(gè)公司都有非常重要的影響。而對(duì)于大學(xué)和其他公立研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展的這方面的研究，其價(jià)值也容易得到工業(yè)界的認(rèn)可和重視，可以有助于減少技術(shù)研發(fā)的不確定性和投入風(fēng)險(xiǎn)；進(jìn)一步的技術(shù)積累，則為成功的企業(yè)打下基礎(chǔ)。下面，主要以與材料的某些傳統(tǒng)機(jī)械性質(zhì)有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題為例，作比較深入的具體評(píng)述。

二、碳化硅晶體材料的機(jī)械特征帶來(lái)的挑戰(zhàn)

作為一種硬度僅次于金剛石的超硬材料，碳化硅材料的機(jī)械加工難度很高。這些機(jī)械加工步驟，主要表現(xiàn)在：

①晶體生長(zhǎng)成為晶錠之后的切、磨、拋，將晶錠切為薄片，減薄到所需的厚度，并且進(jìn)行拋光，使其表面狀況達(dá)到后續(xù)的外延生長(zhǎng)環(huán)節(jié)的要求；

②器件前道工藝的末端，需要將晶圓的背面減薄，以降低器件的導(dǎo)通電阻，改善芯片散熱效果，有利于后期封裝工藝等；

③器件前道工藝完成之后，將晶圓切成單個(gè)的器件管芯，以備封裝。

碳化硅的硬度，還要超過(guò)之前半導(dǎo)體業(yè)界所熟悉的藍(lán)寶石材料，與半導(dǎo)體傳統(tǒng)硅材料差別就更大，因此從設(shè)備的選型到具體工藝和刀具的設(shè)計(jì)以及耗材等方面，都需要做相當(dāng)?shù)难邪l(fā)和技術(shù)積累，以求做到在效率、成本以及可靠性上滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的要求。但是，機(jī)械加工涉及的并不是碳化硅器件的核心技術(shù)，研發(fā)所需要的專(zhuān)業(yè)資源和技術(shù)積累，在目前半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)鏈之外。從事半導(dǎo)體器件開(kāi)發(fā)的產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，在初期往往沒(méi)有將資源投入到非核心領(lǐng)域作深入研究，只要湊合能用，最后能拿出可測(cè)試的器件即可。而其他相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)，在碳化硅產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)發(fā)育能帶來(lái)相當(dāng)回饋之前，不關(guān)注也不去了解這一領(lǐng)域所面臨的問(wèn)題和需求，沒(méi)有很強(qiáng)的意愿投入資源配合研發(fā)。這正是我國(guó)該領(lǐng)域在過(guò)去和當(dāng)前的狀況。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界，在這些外圍輔助設(shè)備和工藝材料的研發(fā)方面，其落后程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)碳化硅本身的核心技術(shù)。這些輔助設(shè)備和技術(shù)的落后，也影響核心技術(shù)的迭代進(jìn)步效率。

一旦產(chǎn)業(yè)進(jìn)入爆發(fā)階段，這些相關(guān)的輔助設(shè)備、工藝和材料等，就成為可觀的產(chǎn)業(yè)。如果不及時(shí)投入，就會(huì)眼睜睜看著別人拿走市場(chǎng)發(fā)育前期帶來(lái)的回報(bào)，從而進(jìn)入技術(shù)-市場(chǎng)發(fā)展的正反饋循環(huán)周期和快車(chē)道。目前，碳化硅機(jī)械加工設(shè)備的初期投入，并不低于碳化硅器件工藝專(zhuān)用核心設(shè)備。從另一方面說(shuō)，這也說(shuō)明我國(guó)產(chǎn)業(yè)改進(jìn)的空間很大，但目前碳化硅襯底加工設(shè)備交貨期更長(zhǎng)，從產(chǎn)業(yè)意義上來(lái)說(shuō)已經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)形成了壁壘。

1.晶體制備的輔助工藝
在最為關(guān)鍵的晶體襯底材料的制備環(huán)節(jié)，究竟哪些技術(shù)路線會(huì)因成本效率和可靠性最后成為主流，尚有一些疑問(wèn)。比如傳統(tǒng)的線切割與激光隱切相比，對(duì)于大尺寸碳化硅（6英寸及以上）相較于高效的固定磨料（鉆石電鍍于鋼線上）線切割技術(shù)，采用激光隱切技術(shù)效率是前者的3～5倍，直徑尺寸越大，效率提升會(huì)越明顯。同時(shí)，激光隱切技術(shù)可以顯著減少線切割過(guò)程中的材料消耗，可使單個(gè)碳化硅晶錠產(chǎn)出提高30%以上。再比如磨削和研磨相比, 前者的設(shè)備初期投入高，消耗成本也較高，但其在效率和技術(shù)性能方面的優(yōu)勢(shì)突出。后期，有賴(lài)磨削技術(shù)自身以及配套磨削砂輪等輔助耗材性能的提升，可以期待制造成本的降低。

2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的機(jī)械加工工藝
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，從以前的關(guān)注產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)發(fā)展到依靠細(xì)化精致化拼成本和成品率，這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然規(guī)律。舉例來(lái)說(shuō)，碳化硅器件襯底厚度是正向壓降，也是正向?qū)〒p失的組成部分，襯底厚度的減薄能夠減少正向壓降，或者可以把這個(gè)正向壓降轉(zhuǎn)換為降低成本的手段。在產(chǎn)量較小的初始階段，這種器件成本的節(jié)約遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能抵消設(shè)備和研發(fā)的初期投入。就4寸襯底晶片上生產(chǎn)的器件而言，目前背面襯底的減薄已經(jīng)成為國(guó)際通行的操作標(biāo)準(zhǔn)，其厚度已經(jīng)從初期的200μm迅速接近100μm，而我國(guó)的碳化硅器件還停留在350μm的原始厚度水平。對(duì)于芯片晶圓的背面減薄可以通過(guò)磨削和研磨2種方法實(shí)現(xiàn)。目前，無(wú)論是磨削還是研磨的技術(shù)積累主要是針對(duì)晶體襯底切割而言，而針對(duì)芯片晶圓背面的磨削和研磨工藝，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)界開(kāi)展的工作卻不多。磨削裝備、磨削工藝、磨具都可以影響材料和器件的成本、質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

同時(shí)，這2個(gè)技術(shù)路線之間的競(jìng)爭(zhēng)也與晶圓質(zhì)量，以及后續(xù)的激光歐姆退火對(duì)表面狀況的要求有關(guān)。一般認(rèn)為，金屬歐姆退火并不需要表面非常光滑，但是國(guó)內(nèi)因?yàn)槿狈ο嚓P(guān)的設(shè)備，未見(jiàn)具體的最佳表面粗糙度范圍數(shù)據(jù)資料，也沒(méi)有對(duì)磨削后的表面損傷層對(duì)歐姆接觸的質(zhì)量和可靠性進(jìn)行研究。一般認(rèn)為，對(duì)于晶圓的背面減薄，研磨的成本較低，但是效率較差（即使考慮了多片處理的因素），因此引起的關(guān)注度低。

3.封裝中的機(jī)械加工工藝
一般來(lái)說(shuō)，碳化硅晶圓的切片，分機(jī)械和激光2種切割方法。近年來(lái)，通過(guò)工藝摸索，碳化硅機(jī)械劃片的成本降幅較大，但效率很差。激光劃片有隱切和燒除2種技術(shù)路線，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)這方面介入的研發(fā)較早。但是如前所述，不論是哪一種激光劃片的技術(shù)方案，都存在著初始設(shè)備投入較大的問(wèn)題，隨著市場(chǎng)的發(fā)育和產(chǎn)量的增加，激光劃片的優(yōu)越性開(kāi)始展現(xiàn)。另一方面，由于背面減薄技術(shù)普及，機(jī)械劃片的成本和效率也會(huì)有較大改善。所以各種技術(shù)路線的競(jìng)爭(zhēng)，仍然沒(méi)有結(jié)束，產(chǎn)業(yè)和研發(fā)投入仍然面臨一定不確定性。

三、展望

一個(gè)產(chǎn)品涉及到各個(gè)技術(shù)方面和不同的工藝步驟，產(chǎn)品商業(yè)開(kāi)發(fā)的成功，必須以非常緊密聯(lián)系的產(chǎn)學(xué)研合作，以及對(duì)各技術(shù)環(huán)節(jié)當(dāng)面現(xiàn)狀的全面把握和了解為前提。對(duì)于碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，只有突破核心和專(zhuān)有技術(shù)，打好配套共用技術(shù)的基礎(chǔ)，才能為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提前做好全面準(zhǔn)備。

綜上所述，碳化硅器件的產(chǎn)業(yè)化體現(xiàn)出了基于新材料的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的綜合性特征，這也是我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期落后的根本原因。新產(chǎn)業(yè)提供了彎道超車(chē)的機(jī)會(huì)，體現(xiàn)在舊有的知識(shí)產(chǎn)權(quán)、知識(shí)積累、商業(yè)渠道、品牌商譽(yù)等的壁壘較少，但是對(duì)創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)的理解和對(duì)新產(chǎn)業(yè)機(jī)遇的敏銳的要求較高。盡管關(guān)于碳化硅器件的戰(zhàn)略研討、項(xiàng)目論證、投資信息和學(xué)術(shù)會(huì)議層出不窮、蔚為壯觀，但真正有產(chǎn)業(yè)意義的研發(fā)活動(dòng)依然不多，希望引起政府層面和業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。