PEEK na indústria de semicondutores

PEEK (polieteretercetona), como plástico de engenharia especializado de alto desempenho, desempenha um papel crucial na indústria de semicondutores devido à sua resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão química, baixa liberação de gás (baixa exsudação), alta resistência mecânica, bom isolamento elétrico e processabilidade. Suas principais aplicações estão concentradas em componentes-chave de equipamentos de fabricação de semicondutores, componentes de precisão em ambientes limpos e processos de embalagem e teste. A seguir detalhamos suas aplicações em etapas específicas do processo:

Peças Usinadas PEEK

Ⅰ . Principais aplicações na fabricação de semicondutores

Equipamentos para fabricação de semicondutores envolvem múltiplos processos de precisão, como fotolitografia, gravação, deposição de filme fino, polimento químico-mecânico (CMP) e limpeza. O equipamento deve operar em ambientes altamente corrosivos, de alta limpeza, de alta/baixa temperatura ou de vácuo. O desempenho abrangente do PEEK o torna adequado para essas condições exigentes.

1. Componentes de manuseio e transporte de wafers

Transportador/cassete de wafer: Usado para armazenamento e transporte de wafer, deve resistir à corrosão causada por soluções de limpeza (como ácido sulfúrico e misturas de peróxido de hidrogênio) e ambientes de plasma. As propriedades de baixa liberação de gás do PEEK evitam a contaminação da superfície do wafer e sua rigidez é superior à dos plásticos comuns, garantindo o nivelamento do wafer.

Efetor final do robô: Em linhas de produção automatizadas de semicondutores, os braços robóticos precisam segurar os wafers com precisão. O baixo coeficiente de atrito, resistência ao desgaste e estabilidade dimensional do PEEK reduzem o risco de arranhões no wafer; em algumas aplicações, o reforço de fibra de carbono (CF/PEEK) é usado para aumentar a rigidez.

2. Equipamento de polimento químico-mecânico (CMP)

O CMP é um processo chave para a planarização de wafers, exigindo o uso de pastas de polimento de ácido/base fortes contendo nanoabrasivos (como abrasivos SiO₂ + amônia/peróxido de hidrogênio). PEEK é comumente usado em:

Anéis de retenção: Usados para fixar a almofada de polimento e evitar o desalinhamento do wafer. Eles devem ser resistentes à corrosão e abrasão dos fluidos de polimento. A resistência à temperatura de longo prazo do PEEK (250°C) permite que ele resista à geração localizada de calor durante o processo de polimento.

Componentes do Dresser: Usados para vestir a superfície da almofada de polimento. A resistência química do PEEK protege contra os efeitos corrosivos dos fluidos de polimento.

3. Equipamento de gravação e limpeza úmida

Em processos de gravação úmida, os wafers precisam ser imersos em soluções altamente corrosivas (como HF, HNO₃, KOH). Os componentes dos equipamentos (tubos, válvulas, bombas, bicos) devem ser resistentes quimicamente e apresentar baixa lixiviação. As vantagens do PEEK sobre os metais tradicionais ou fluoroplásticos (como o PTFE) são:

Maior resistência mecânica que o PTFE (resistência à tração aproximadamente 90-100 MPa vs. 20-30 MPa do PTFE), menos propensa à deformação;

Melhor resistência a alta pressão (pode suportar pressões de vários megapascais), adequada para sistemas de lavagem de alta pressão;

Superfície lisa (coeficiente de atrito 0,1-0,3), reduzindo a adsorção de partículas e melhorando a limpeza.

4. Componentes do ambiente de vácuo e plasma

Em câmaras de vácuo semicondutoras (como equipamentos PVD e CVD), os materiais devem ter baixa liberação de gases para evitar a contaminação do ambiente de vácuo. A taxa total de liberação de gás (TML) do PEEK é normalmente <1%, muito inferior à dos plásticos comuns, tornando-o adequado para:

Caixilhos das janelas de visualização da câmara de vácuo: substituição do metal para reduzir o peso e evitar a contaminação por íons metálicos; Batentes de borda do mandril eletrostático (ESC): fixando wafers e isolando-os do plasma; A resistência do PEEK ao bombardeio de plasma (resistência à radiação) é superior à maioria dos polímeros;

Carcaças de sensores: proteção de sensores de pressão/temperatura em ambientes de vácuo; as características de baixa liberação de gás garantem a precisão da medição.

Peças PEEK

Ⅱ . Componentes de vedação e conexão

As vedações (O-rings, juntas) e os conectores em equipamentos semicondutores devem atender simultaneamente aos requisitos de resistência química, resistência a altas temperaturas e baixa exsudação:

Vedações: O PEEK pode ser combinado com borracha perfluoroelastômero (FFKM) ou usado diretamente como vedações estáticas (como juntas de flange), substituindo a borracha tradicional (que é propensa a inchar e envelhecer) em líquidos altamente corrosivos ou ambientes de alta temperatura (acima de 200°C).

Conectores elétricos: O alto isolamento do PEEK (resistividade de volume > 10¹⁶ Ω·cm) e a resistência ao arco o tornam adequado para conectores usados na transmissão de sinais de alta frequência (como interfaces de teste de RF) para evitar a atenuação do sinal.

Ⅲ. Estágios de embalagem e teste

A embalagem de semicondutores (por exemplo, montagem de chips, ligação) e testes (por exemplo, cartões de sonda) requerem materiais que possam suportar altas temperaturas de soldagem (acima de 260°C) e tenham baixa contaminação:

Soquetes de teste: usados para testes funcionais de chips. A estabilidade térmica do PEEK (uso a longo prazo 250°C, curto prazo 300°C) permite que ele resista a inserções e remoções repetidas e ao envelhecimento em alta temperatura. A adição de enchimentos condutores (por exemplo, fibra de carbono/grafite) fornece proteção contra descarga eletrostática (ESD), evitando a quebra eletrostática do chip.

Auxiliares de estrutura de chumbo: Em alguns pacotes avançados (por exemplo, fan-out), o PEEK pode ser usado como um acessório para segurar temporariamente o chip. Suas características de baixa liberação de gás evitam a contaminação do adesivo.

Folha de visualização do AHD

Ⅳ.Resumo

As principais vantagens da folha de plástico PEEK se alinham às demandas de semicondutores.

A indústria de semicondutores possui requisitos extremamente elevados de limpeza de material (baixa precipitação), resistência química (resistência à corrosão) e confiabilidade (longa vida útil). PEEK torna-se uma escolha chave devido às seguintes características:

Baixa liberação de gás: Evita a contaminação do wafer e melhora o rendimento;

Adaptabilidade em ampla faixa de temperatura: Mantém desempenho estável de -50°C a 300°C;

Resistência química: Resistente a ácidos fortes, álcalis fortes, solventes orgânicos e plasma;

Usinabilidade de precisão: Pode ser moldado por injeção e usinado em estruturas complexas (como microcanais).

À medida que os nós do processo de semicondutores encolhem, os requisitos de limpeza e precisão do material aumentam ainda mais. O PEEK e seus produtos modificados substituirão os metais ou plásticos tradicionais em equipamentos mais sofisticados, tornando-se um material básico fundamental na fabricação de semicondutores.

Folha de polieteretercetona AHD

Ⅴ. Características principais do PEEK

O “alto desempenho” do PEEK decorre do efeito sinérgico de sua estrutura molecular e cristalinidade. A seguir estão as principais vantagens que o distinguem dos plásticos comuns:

1. Excelente resistência a altas temperaturas

Temperatura operacional de longo prazo: -50°C a 250°C (uso contínuo); tolerância de curto prazo a 300 ℃.

Temperatura de transição vítrea (Tg): Aproximadamente 143°C (não reforçado); Ponto de fusão (Tm): Aproximadamente 343°C (sua natureza semicristalina permite manter uma certa resistência próxima ao ponto de fusão).

Estabilidade de desempenho em altas temperaturas: Mesmo após uso prolongado a 250 ℃, as propriedades mecânicas (como resistência e módulo) apresentam degradação mínima, excedendo em muito a dos plásticos de engenharia comuns.

2. Excelentes propriedades mecânicas

Alta resistência e alta rigidez: O PEEK puro tem uma resistência à tração de aproximadamente 90 ~ 100 MPa e um módulo de elasticidade de 3,6 GPa.

Resistência à fadiga: Não se quebra facilmente sob carga cíclica; sua vida à fadiga é várias vezes maior que a dos metais.

Resistência à Abrasão: Excelentes propriedades autolubrificantes (coeficiente de atrito 0,1~0,3), com taxa de desgaste extremamente baixa ao esfregar contra metal.

3. Forte resistência à corrosão química

Resistente à maioria dos solventes orgânicos (por exemplo, álcoois, hidrocarbonetos, cetonas), ácidos/bases fracos (por exemplo, ácido clorídrico, soluções diluídas de ácido sulfúrico);

Solúvel apenas em ácidos oxidantes fortes como ácido sulfúrico concentrado e ácido nítrico concentrado (requer condições de alta temperatura e pressão);

Excelente resistência à hidrólise (superior a plásticos de poliéster como PET), desempenho estável em ambientes de alta temperatura e alta umidade (por exemplo, vapor de 150°C).

4. Biocompatibilidade e Segurança

Atende aos padrões de biossegurança ISO 10993, sem citotoxicidade, sensibilização ou genotoxicidade;

O módulo elástico (3,6 GPa) é próximo ao do osso humano (3~20 GPa), reduzindo a probabilidade de "proteção contra estresse" (degeneração óssea causada por módulo excessivamente alto em implantes metálicos) após a implantação;

Suporta esterilização em alta temperatura e alta pressão, adequado para instrumentos cirúrgicos reutilizáveis.

5. Retardo de chama

Alcança classificação UL94 V-0 sem adição de retardadores de chama; produz fumaça extremamente baixa durante a combustão (baixa fumaça, não tóxica), adequada para transporte ferroviário e interiores de aeronaves.

Resistência à radiação: Suporta 10⁹ Gy ou mais de raios gama ou raios X (plásticos comuns tornam-se quebradiços a 10⁶ Gy), adequado para uso em equipamentos da indústria nuclear ou dispositivos médicos de radioterapia.

6. Bom desempenho de processamento

Pode ser moldado por injeção, extrusado e usinado, adequado para a fabricação de peças de formatos complexos (como dispositivos médicos integrados e peças mecânicas de precisão); Ampla faixa de temperatura de processamento (360 ~ 400 ℃), mas altas temperaturas prolongadas devem ser evitadas para evitar a degradação térmica oxidativa (é necessária proteção contra gás inerte ou resfriamento rápido).

Folha de polieteretercetona AHD PEEK