半導(dǎo)體機(jī)械手是半導(dǎo)體設(shè)備的重要零部件之一，通常由控制器、驅(qū)動器、手臂及末端執(zhí)行器等部分組成，具有高潔凈度、高平穩(wěn)性、高精度、高效率和高可靠性的特點(diǎn)。其主要應(yīng)用于半導(dǎo)體制造的前段工序，用于搬送、運(yùn)輸以及定位半導(dǎo)體晶圓。

半導(dǎo)體設(shè)備的機(jī)械手是采用負(fù)壓式吸片的方式取片，也就是利用吸盤原理將半導(dǎo)體晶圓吸附于石英或陶瓷手指上，并通過機(jī)械手臂的伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降等的動作搬運(yùn)半導(dǎo)體晶圓。

“高速”、“潔凈”是半導(dǎo)體晶圓搬運(yùn)設(shè)備的核心特征，要滿足此特征，設(shè)備對所使用的零部件性能要求也極其苛刻。由于多數(shù)工序是在真空、高溫以及具有腐蝕性的氣體環(huán)境中進(jìn)行，所以設(shè)備使用的搬運(yùn)臂要具有優(yōu)良的物理性能，如：較高的機(jī)械強(qiáng)度、抗腐蝕、耐高溫、耐磨、硬度高、絕緣等，而先進(jìn)陶瓷材料恰好可以滿足這些條件。

晶圓搬運(yùn)臂，來源：JEL

氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷的都具備致密質(zhì)、高硬度、高耐磨性的物理性質(zhì)，以及良好的耐熱性能、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、高溫環(huán)境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕性等物理性能，是用于制作半導(dǎo)體設(shè)備機(jī)械搬運(yùn)臂的絕佳材料。但是從材料價格、加工難度等經(jīng)濟(jì)方面來說，氧化鋁陶瓷機(jī)械搬運(yùn)臂的性價比更高。

1）強(qiáng)度高、硬度大：半導(dǎo)體機(jī)械搬運(yùn)臂一般都選用高純氧化鋁，氧化鋁純度越純，強(qiáng)度越高。

2）電緣性能好：室溫電阻率為 10 15 Ω·cm， 絕緣強(qiáng)度為15kV/mm。

3）熔點(diǎn)高：熔點(diǎn)為2050℃，半導(dǎo)體進(jìn)行熱處理時，氧化鋁陶瓷受熱變形也少，減少半導(dǎo)體零件在熱處理時的變形。

4）化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良：氧化鋁陶瓷的化學(xué)性能穩(wěn)定，不會在接觸物品上留下具有污染的細(xì)小顆粒和帶電的電荷，不會產(chǎn)生金屬離子，不會污染半導(dǎo)體零件。

5）加工技術(shù)成熟，性價比高：氧化鋁是目前常見且使用最為普遍的陶瓷材料，相比其它陶瓷材料，氧化鋁陶瓷更易獲取，價格相對較低，且加工技術(shù)更加成熟。

一般陶瓷機(jī)械手臂主要有三種，一種是氧化鋁陶瓷機(jī)械手臂，另兩種是黑色陶瓷和復(fù)合陶瓷機(jī)械手臂。其中，黑氧化鋁有助于吸收熱量或提供更好的遮光性，這對于半導(dǎo)體行業(yè)中的某些對光線敏感的操作尤為重要。總之，這幾種陶瓷材料都具備高致密度、高硬度、高耐磨性的物理性質(zhì)，以及良好的耐熱性能、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、高溫環(huán)境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕性等物理性能，是用于制作半導(dǎo)體設(shè)備機(jī)械手臂的絕佳材料。

來源：夏陽新材料

在半導(dǎo)體行業(yè)，陶瓷機(jī)械手臂以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為晶圓輸送等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的重要設(shè)備，隨著全球工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，陶瓷機(jī)械手臂的市場需求持續(xù)增長。當(dāng)前全球半導(dǎo)體機(jī)械搬運(yùn)臂市場均被日本和美國所占領(lǐng)，日本是全球最大的半導(dǎo)體機(jī)械搬運(yùn)臂生產(chǎn)地區(qū)，占有大約60%的市場份額，而制作陶瓷機(jī)械手臂代表企業(yè)有京瓷、JEL Corporation等。

近些年，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，不少國內(nèi)企業(yè)也取得不小的進(jìn)步。目前生產(chǎn)陶瓷機(jī)械臂的國內(nèi)企業(yè)有：方泰新材、湖南圣瓷、夏陽新材料等。

方泰新材

深圳方泰新材料技術(shù)有限公司是一家在先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域集研發(fā)、制造與銷售為一體的現(xiàn)代化企業(yè)。主要生產(chǎn)真空吸盤、chuck、陶瓷機(jī)械手臂、陶瓷柱塞等，主要應(yīng)用的材質(zhì)有微孔陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、陶瓷介質(zhì)諧振器等。

湖南圣瓷

湖南圣瓷科技有限公司是一家民營高科技企業(yè)，專業(yè)從事于精密陶瓷零部件研發(fā)、生產(chǎn)以及銷售。湖南圣瓷的陶瓷手臂選用高純度陶瓷原料，經(jīng)冷等靜壓成型、高溫?zé)Y(jié)和精密加工而成，尺寸精度可達(dá)±0.001mm，光潔度可達(dá)Ra0.1，使用溫度最高可達(dá)1600℃。其采用獨(dú)特的陶瓷粘結(jié)技術(shù)，經(jīng)粘結(jié)后的中空陶瓷手臂使用溫度最高可達(dá)800℃。

夏陽新材料

廣東夏陽精細(xì)陶瓷科技有限公司是一家專注于先進(jìn)精細(xì)陶瓷材料的研發(fā)、制造、精密加工、應(yīng)用方案供應(yīng)的制造商，是中國國內(nèi)少有從材料實(shí)驗(yàn)、造粒到成型、燒結(jié)、精密制造全產(chǎn)業(yè)鏈的先進(jìn)精細(xì)陶瓷公司。目前夏陽新材生產(chǎn)的陶瓷機(jī)械手臂適用于各種高性能要求的半導(dǎo)體設(shè)備，其制作的陶瓷產(chǎn)品得到了廣大客戶的肯定。

圣瓷：晶圓的“搬運(yùn)工”—— 陶瓷手臂

各企業(yè)官網(wǎng)

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！進(jìn)粉體產(chǎn)業(yè)交流群請加中國粉體網(wǎng)編輯部微信：18553902686