半導體 氧化鋁(Al2O3)陶瓷 : 深鑽孔薄壁加工

🕜 相較原製程，僅須一半的加工時間 (從每孔15分鐘下降至每孔7分鐘) | 📈 鑽孔品質 - 穩定 | ⚙️ 刀具壽命 - 提升5倍
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  • 加工實際成效
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氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷深鑽孔薄壁加工：加工痛點



氧化鋁陶瓷（Aluminum Oxide，Al2O3）良好的耐化學性及熱穩定性，使它廣泛地被應用在半導體製程中（如蝕刻、薄膜等），作為關鍵製程零件之材料，如陶瓷靜電吸盤（ESC，E-chuck，ceramic Electrostatic Chuck）、陶瓷showerheads、陶瓷CEL、陶瓷噴嘴、噴頭等。

然而，氧化鋁陶瓷的高硬脆性特質為許多加工業者帶來極大的挑戰。尤其針對深孔薄壁特徵的加工，若是沒有適當控制鑽削時的推力（thrust force）和扭矩（torque），可能會造成嚴重脆裂邊（edge-cracks）及次表面裂紋（subsurface damages）。

且因為是薄壁特徵，過大的脆裂邊會直接地影響孔壁與孔壁之間薄壁的品質，嚴重可能造成鑽孔崩裂。另外，由於是10.5倍徑深比的深孔特徵，且又是通孔，過大的切削阻力（cutting force）可能會使刀具在加工時過度擠壓材料，最後造成喇叭孔／錐孔（conical holes）的現象，嚴重影響鑽孔品質。


 

☑️ 氧化鋁陶瓷（Aluminum Oxide，Al2O3）加工資訊

 
    氧化鋁陶瓷（Aluminum Oxide，Al2O3）加工資訊          
  材料   99.7% 氧化鋁陶瓷（Aluminum Oxide, Al2O3）
  特徵   Φ2 x 21mm (通孔)_孔壁厚約0.2mm
   *徑深比 10.5x
  工法   深鑽孔薄壁加工  
  超音波刀把   　     HSKE40-R02-06
  機台轉速   6,000 ~ 8,000 rpm

 
漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工工件
(圖1. 漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工工件)



氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工使用漢鼎超音波刀把HSK-E40
(圖2. 氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工使用漢鼎超音波刀把HSK-E40)



 

【漢鼎超音波】氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷深鑽孔薄壁加工：測試目標 


針對氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷的超音波輔助深鑽孔薄壁加工測試，目標為在10.5倍徑深比，且孔壁厚僅0.2mm的深鑽孔薄壁加工，測試漢鼎超音波之效益。



 

【漢鼎超音波】氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷深鑽孔薄壁加工：加工結果

 

氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷深鑽孔薄壁加工：加工效率

使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 每孔加工時間縮短為原先的一半
(圖3. 使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 每孔加工時間縮短為原先的一半)

 
  • 使用漢鼎超音波輔助加工，在進給率固定的加工條件下，Q值可提升1.5倍至0.2mm（原參數之Q值為0.08mm），且對鑽孔品質無顯著影響。
  • Q值提升後，在鑽孔品質穩定的情況下，每孔加工時間縮短為原加工時間的一半（每孔加工時間從15分鐘降低至7分鐘）。


 

氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷深鑽孔薄壁加工：鑽孔品質

使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 在高速工法下, 孔徑品質穩定
(圖4. 使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 在高速工法下, 孔徑品質穩定)



使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 在高速工法下, 孔壁精度品質穩定, 有效抑制喇叭孔/錐孔
(圖5. 使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 在高速工法下, 孔壁精度品質穩定, 有效抑制喇叭孔/錐孔)

 
  • 使用漢鼎超音波輔助加工，加工效率提升，Q值從0.08mm提升至0.2mm，對鑽孔品質無顯著影響。
  • 超音波輔助加工技術，高頻率的微振動，幫助降低切削阻力，在高速工法加工下，有效抑制喇叭孔／錐孔的產生。


 

氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷深鑽孔薄壁加工：刀具壽命

使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 分別在Q0.08及Q0.2的加工條件下, 刀具磨耗狀況無顯著差異, 高速工法下, 刀具壽命穩定
(圖6. 使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 分別在Q0.08及Q0.2的加工條件下, 刀具磨耗狀況無顯著差異, 高速工法下, 刀具壽命穩定)



使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 在高速工法下, 刀具壽命延長5倍
(圖7. 使用漢鼎超音波輔助氧化鋁Aluminum Oxide陶瓷深鑽孔薄壁加工, 在高速工法下, 刀具壽命延長5倍)

 
  • 當Q值從0.08mm提升至0.2mm，在無超音波的情況下，刀具僅鑽至5孔即斷刀。
  • 使用漢鼎超音波輔助加工，當Q值提升後，刀具磨耗狀況在顯微鏡下並無顯著差異，且在鑽孔品質穩定的條件下，刀具可鑽至25孔，整體刀具壽命提升5倍。



 

【漢鼎超音波】氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷深鑽孔薄壁加工：超音波效益



🕜 加工效率 - 相較原製程，僅須一半的加工時間 (從每孔15分鐘下降至每孔7分鐘)
📈 鑽孔品質 - 穩定
⚙️ 刀具壽命 - 提升5倍



 

氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷深鑽孔薄壁加工：產業應用



氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）陶瓷深鑽孔薄壁特徵經常應用在半導體產業，特別是在一些特殊製程中的高精密、關鍵零組件，如氧化鋁陶瓷噴嘴（ceramic nozzles）、噴頭等。


氧化鋁陶瓷（Aluminum Oxide，Al2O3）良好的耐化學性及熱穩定性，使它廣泛地被應用在半導體製程中（如蝕刻、薄膜等），作為關鍵製程零件之材料，如陶瓷靜電吸盤（ESC，E-chuck，ceramic Electrostatic Chuck）、陶瓷showerheads、陶瓷CEL、陶瓷噴嘴、噴頭等。

在半導體產業中一些特殊的酸洗製程中，經常會透過這些深孔特徵的陶瓷噴嘴、噴頭，將化學氣體或流體注入晶圓上，而這些注入器的氣體或流體的流量、噴灑之均勻度會直接影響到整體製程的良率，因此客戶端對於深孔特徵的孔徑與孔壁品質的要求標準特別高。


漢鼎智慧科技的超音波加工模組為新材料的加工帶來全新的解決方案！漢鼎的超音波輔助加工技術可以達到有效提升加工效率，節省整體加工時間，同時在擁有穩定的工件品質下，提升刀具壽命，為客戶降低整體生產成本。不僅符合客戶端需求之標準，更能為客戶創造出多重價值！



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