PEEK en la industria de los semiconductores

PEEK (polieteretercetona), como plástico de ingeniería especializado de alto rendimiento, desempeña un papel crucial en la industria de los semiconductores debido a su resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión química, baja liberación de gas (baja exudación), alta resistencia mecánica, buen aislamiento eléctrico y procesabilidad. Sus aplicaciones principales se concentran en componentes clave de equipos de fabricación de semiconductores, componentes de precisión en entornos limpios y procesos de embalaje y prueba. A continuación se detallan sus aplicaciones en etapas específicas del proceso:

Piezas mecanizadas PEEK

Ⅰ . Aplicaciones principales en la fabricación de semiconductores

Los equipos para la fabricación de semiconductores implican múltiples procesos de precisión, como fotolitografía, grabado, deposición de películas delgadas, pulido químico-mecánico (CMP) y limpieza. El equipo debe funcionar en entornos altamente corrosivos, de alta limpieza, de alta/baja temperatura o de vacío. El rendimiento integral de PEEK lo hace adecuado para estas condiciones exigentes.

1. Componentes de manipulación y transporte de obleas

Portador/casete de obleas: utilizado para el almacenamiento y transporte de obleas, debe resistir la corrosión de soluciones de limpieza (como mezclas de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno) y ambientes de plasma. Las propiedades de baja liberación de gas del PEEK evitan la contaminación de la superficie de la oblea y su rigidez es superior a la de los plásticos comunes, lo que garantiza la planitud de la oblea.

Efector final robótico: en las líneas de producción automatizadas de semiconductores, los brazos robóticos deben agarrar con precisión las obleas. El bajo coeficiente de fricción, la resistencia al desgaste y la estabilidad dimensional del PEEK reducen el riesgo de rayar la oblea; En algunas aplicaciones, se utiliza refuerzo de fibra de carbono (CF/PEEK) para mejorar la rigidez.

2. Equipo de pulido químico mecánico (CMP)

CMP es un proceso clave para la planarización de obleas, que requiere el uso de lechadas de pulido ácidas/base fuertes que contienen nanoabrasivos (como abrasivos de SiO₂ + amoníaco/peróxido de hidrógeno). PEEK se usa comúnmente en:

Anillos de retención: Se utilizan para asegurar la almohadilla de pulido y evitar la desalineación de la oblea. Deben ser resistentes a la corrosión y abrasión del líquido de pulido. La resistencia a la temperatura a largo plazo del PEEK (250 ℃) le permite soportar la generación de calor localizada durante el proceso de pulido.

Componentes del tocador: Se utilizan para vestir la superficie de la almohadilla de pulido. La resistencia química del PEEK protege contra los efectos corrosivos de los fluidos de pulido.

3. Equipos de limpieza y grabado húmedo

En los procesos de grabado húmedo, las obleas deben sumergirse en soluciones altamente corrosivas (como HF, HNO₃, KOH). Los componentes del equipo (tuberías, válvulas, bombas, boquillas) deben ser químicamente resistentes y tener baja lixiviación. Las ventajas del PEEK sobre los metales tradicionales o los fluoroplásticos (como el PTFE) son:

Mayor resistencia mecánica que el PTFE (resistencia a la tracción de aproximadamente 90-100 MPa frente a 20-30 MPa del PTFE), menos propenso a la deformación;

Mejor resistencia a la alta presión (puede soportar presiones de varios megapascales), adecuada para sistemas de lavado a alta presión;

Superficie lisa (coeficiente de fricción 0,1-0,3), reduciendo la adsorción de partículas y mejorando la limpieza.

4. Componentes del entorno de plasma y vacío

En las cámaras de vacío de semiconductores (como los equipos PVD y CVD), los materiales deben tener una baja desgasificación para evitar contaminar el entorno de vacío. La tasa total de liberación de gas (TML) del PEEK suele ser <1%, mucho más baja que la de los plásticos comunes, lo que lo hace adecuado para:

Marcos de ventanas de visualización de la cámara de vacío: sustitución del metal para reducir el peso y evitar la contaminación por iones metálicos; Topes de borde del mandril electrostático (ESC): asegurando obleas y aislándolas del plasma; La resistencia del PEEK al bombardeo de plasma (resistencia a la radiación) es superior a la de la mayoría de los polímeros;

Carcasas de sensores: protección de sensores de presión/temperatura en entornos de vacío; Las características de baja liberación de gas garantizan la precisión de la medición.

Piezas de PEEK

Ⅱ . Componentes de sellado y conexión

Los sellos (juntas tóricas, juntas) y conectores en equipos semiconductores deben cumplir simultáneamente los requisitos de resistencia química, resistencia a altas temperaturas y baja exudación:

Sellos: PEEK se puede combinar con caucho de perfluoroelastómero (FFKM) o usarse directamente como sellos estáticos (como juntas de brida), reemplazando el caucho tradicional (que es propenso a hincharse y envejecer) en líquidos altamente corrosivos o ambientes de alta temperatura (por encima de 200 °C).

Conectores eléctricos: El alto aislamiento de PEEK (resistividad de volumen > 10¹⁶ Ω·cm) y la resistencia al arco lo hacen adecuado para conectores utilizados en la transmisión de señales de alta frecuencia (como interfaces de prueba de RF) para evitar la atenuación de la señal.

Ⅲ. Etapas de embalaje y prueba

El embalaje de semiconductores (p. ej., montaje de chips, unión) y las pruebas (p. ej., tarjetas de sonda) requieren materiales que puedan soportar altas temperaturas de soldadura (por encima de 260 °C) y tengan baja contaminación:

Zócalos de prueba: Se utilizan para pruebas funcionales de chips. La estabilidad térmica del PEEK (uso prolongado 250 °C, uso breve 300 °C) le permite resistir inserciones y extracciones repetidas y el envejecimiento a alta temperatura. Agregar rellenos conductores (p. ej., fibra de carbono/grafito) proporciona protección contra descargas electrostáticas (ESD), evitando la rotura electrostática del chip.

Auxiliares de marco principal: en algunos paquetes avanzados (por ejemplo, en abanico), PEEK se puede utilizar como accesorio para sostener temporalmente el chip. Sus características de baja liberación de gas previenen la contaminación del adhesivo.

Hoja de vista AHD

Ⅳ.Resumen

Las ventajas principales de las láminas de plástico PEEK se alinean con las demandas de semiconductores.

La industria de los semiconductores tiene requisitos extremadamente altos en cuanto a limpieza de materiales (baja precipitación), resistencia química (resistencia a la corrosión) y confiabilidad (larga vida útil). PEEK se convierte en una opción clave debido a las siguientes características:

Baja liberación de gas: Previene la contaminación de las obleas y mejora el rendimiento;

Adaptabilidad a un amplio rango de temperatura: mantiene un rendimiento estable de -50 ℃ a 300 ℃;

Resistencia química: Resistente a ácidos fuertes, álcalis fuertes, disolventes orgánicos y plasma;

Maquinabilidad de precisión: se puede moldear por inyección y mecanizar en estructuras complejas (como microcanales).

A medida que los nodos del proceso de semiconductores se reducen, aumentan aún más los requisitos de limpieza y precisión del material. PEEK y sus productos modificados reemplazarán a los metales o plásticos tradicionales en equipos de más alta gama, convirtiéndose en un material básico clave en la fabricación de semiconductores.

Hoja de polieteretercetona AHD

Ⅴ. Características principales de PEEK

El "alto rendimiento" del PEEK se debe al efecto sinérgico de su estructura molecular y cristalinidad. Las siguientes son sus principales ventajas que lo distinguen de los plásticos comunes:

1. Excelente resistencia a altas temperaturas

Temperatura de funcionamiento a largo plazo: -50 ℃ a 250 ℃ (uso continuo); tolerancia a corto plazo a 300 ℃.

Temperatura de transición vítrea (Tg): Aproximadamente 143 ℃ (sin reforzar); Punto de fusión (Tm): Aproximadamente 343 ℃ (su naturaleza semicristalina le permite mantener una cierta resistencia cerca del punto de fusión).

Estabilidad del rendimiento a altas temperaturas: incluso después de un uso prolongado a 250 ℃, las propiedades mecánicas (como la resistencia y el módulo) muestran una degradación mínima, superando con creces la de los plásticos de ingeniería comunes.

2. Excelentes propiedades mecánicas

Alta resistencia y alta rigidez: PEEK puro tiene una resistencia a la tracción de aproximadamente 90 ~ 100 MPa y un módulo elástico de 3,6 GPa.

Resistencia a la fatiga: No se rompe fácilmente bajo carga cíclica; su vida de fatiga es varias veces mayor que la de los metales.

Resistencia a la abrasión: Excelentes propiedades autolubricantes (coeficiente de fricción 0,1 ~ 0,3), con una tasa de desgaste extremadamente baja al frotar contra metal.

3. Fuerte resistencia a la corrosión química

Resistente a la mayoría de los disolventes orgánicos (p. ej., alcoholes, hidrocarburos, cetonas), ácidos/bases débiles (p. ej., ácido clorhídrico, soluciones diluidas de ácido sulfúrico);

Soluble sólo en ácidos oxidantes fuertes como el ácido sulfúrico concentrado y el ácido nítrico concentrado (requiere condiciones de alta temperatura y presión);

Excelente resistencia a la hidrólisis (superior a los plásticos de poliéster como el PET), rendimiento estable en ambientes de alta temperatura y humedad (por ejemplo, vapor a 150 ℃).

4. Biocompatibilidad y Seguridad

Cumple con las normas de bioseguridad ISO 10993, sin citotoxicidad, sensibilización ni genotoxicidad;

El módulo elástico (3,6 GPa) es cercano al del hueso humano (3~20 GPa), lo que reduce la probabilidad de "protección contra el estrés" (degeneración ósea causada por un módulo excesivamente alto en los implantes metálicos) después de la implantación;

Resiste la esterilización a alta temperatura y alta presión, adecuado para instrumentos quirúrgicos reutilizables.

5. Retardante de llama

Alcanza la clasificación UL94 V-0 sin la adición de retardantes de llama; Produce muy poco humo durante la combustión (poco humo, no tóxico), adecuado para el transporte ferroviario y el interior de aviones.

Resistencia a la radiación: Resiste 10⁹ Gy o más de rayos gamma o rayos X (los plásticos comunes se vuelven quebradizos a 10⁶ Gy), adecuado para su uso en equipos de la industria nuclear o dispositivos de radioterapia médica.

6. Buen rendimiento de procesamiento

Puede moldearse por inyección, extruirse y mecanizarse, lo que es adecuado para fabricar piezas de formas complejas (como dispositivos médicos integrados y piezas mecánicas de precisión); Amplio rango de temperatura de procesamiento (360 ~ 400 ℃), pero se deben evitar temperaturas altas prolongadas para evitar la degradación oxidativa térmica (se requiere protección con gas inerte o enfriamiento rápido).

Hoja de polieteretercetona AHD PEEK