У напівпровідниковій, оптоелектронній та прецизійній промисловості факторами, що впливають на вихід продукту, часто є не явні механічні пошкодження, а скоріше накопичення електростатичного заряду та забруднення частинками, приховані в процесі виробництва. Зокрема, у середовищі чистих приміщень навіть незначна статична електрика може легко притягувати пил і частинки, а також може викликати локалізований розряд, спричиняючи забруднення або дефекти на поверхнях пластин, фотошаблонів і точних компонентів. Це також може спричинити мікро-пошкодження або потенційний функціональний збій чутливих пристроїв, тим самим впливаючи на стабільність і надійність подальших процесів. Будучи передовим керамічним матеріалом, який широко використовується в точному виробництві, глинозем давно цінується за його високу твердість, зносостійкість, корозійну стійкість, високу-температурну стійкість і чудові ізоляційні властивості. Однак у високочутливих до електростатики застосуваннях лише висока ізоляція не завжди є перевагою. Надмірна ізоляція може призвести до накопичення заряду на поверхнях або в локальних областях, збільшуючи ризик притягування частинок і локалізованого розряду. Таким чином, як досягти контрольованого електростатичного розсіювання, зберігаючи оригінальні переваги глинозему, стало новим напрямком для оптимізації матеріалів.
I. Що таке електростатичні дисипативні матеріали?
З точки зору електричної поведінки матеріали зазвичай класифікуються на три категорії:
01 Ізоляційні матеріали
Характеризується електричною ізоляцією, надзвичайно високим питомим об’ємним опором і обмеженою рухливістю заряду, що призводить до тривалого накопичення заряду на поверхнях або в локальних областях.
02 Електростатичні дисипативні матеріали (ESD-безпечні/дисипативні матеріали)
Питомий об'ємний опір лежить між ізоляторами та провідниками. Вони не накопичують заряд протягом тривалого часу, як матеріали з високою ізоляцією, і не проводять заряд миттєво, як матеріали з високою провідністю. Їх основною особливістю є придушення накопичення електростатики та досягнення контрольованого м’якого розсіювання заряду.
03 Провідні матеріали
Характеризується швидкою провідністю або розсіюванням заряду з низьким питомим об'ємним опором, що забезпечує швидку передачу заряду.
II. Технічні підходи до електростатичного дисипативного функціонального оксиду алюмінію
З точки зору реалізації, електростатичний дисипативний функціональний глинозем – це не просто питання додавання «антистатичної мітки» до звичайного глинозему. Замість цього, за допомогою дизайну матеріалу, початково високоізоляційний оксид алюмінію налаштовується на цільовий діапазон опору, придатний для електростатичного контролю, що дозволяє глинозему зберігати свої початкові механічні та екологічні характеристики, одночасно досягаючи більш стабільного, більш контрольованого розсіювання електростатики. Загалом технічні підходи можна умовно розділити на два напрямки.
01 Маршрут функціональності поверхні
Цей шлях не змінює внутрішніх властивостей маси глинозему. Натомість він надає можливості електростатичного контролю поверхні деталей за допомогою покриттів або обробки поверхні. Перевагою є відносно простий шлях впровадження, особливо придатний для швидкого надання провідних або розсіювальних ефектів існуючим структурним частинам з оксиду алюмінію. Однак обмеження також очевидні: коли програми вимагають вищої стійкості до корозії, довговічності та контролю часток, рішення лише для поверхні часто стикаються з новими проблемами. Виходячи з загальнодоступної інформації, полімерні покриття є поширеним типом рішення на цьому шляху. У літературі Asuzac зазначається, що оскільки глинозем сам по собі є ізоляційним матеріалом, у багатьох минулих застосуваннях використовували електропровідні фторполімерні покриття (включаючи тефлонові покриття) для досягнення поверхневої провідності. Водночас дані про продукт Chemours Teflon PFA C‑980 показують, що модифіковані фторполімери можуть досягти антистатичного рівня електропровідності. Це вказує на те, що для ізоляції конструкційних частин глинозему функціональні покриття були відносно прямим промисловим шляхом для контролю статики поверхні.
02 Маршрут масової модифікації
Суть цього шляху полягає в досягненні помірного питомого опору та дисипативних характеристик у всьому матеріалі за допомогою розробки рецептури та контролю мікроструктури в об’ємі матеріалу. Перевага полягає в тому, що розсіювальна здатність походить від самого матеріалу, що робить його більш сприятливим для підтримки зносостійкості, стійкості до корозії, чистоти та стабільності розмірів протягом тривалого використання. Для сценаріїв виробництва напівпровідників, оптоелектроніки та прецизійного виробництва це особливо важливо, оскільки компоненти часто потребують не лише статичного контролю, але й низького утворення часток, високої чистоти та тривалого терміну служби. Яскравим прикладом масової модифікації є керамічний матеріал StatSafe™ від CoorsTek, безпечний для ESD. Загальнодоступні дані показують, що цей матеріал заснований на перевіреному напівпровідниковому оксиді алюмінію та забезпечує електростатичне розсіювання завдяки розробленій багатофазній мікроструктурі з контрольованою електричною поведінкою. Порівняно зі звичайним оксидом алюмінію StatSafe™ зберігає такі переваги, як висока твердість, висока жорсткість, зносостійкість, стійкість до корозії та стабільність розмірів, а також пропонує чудові дисипативні характеристики та хорошу обробку поверхні (не менше 0,3 мкм), що робить його придатним для чистих приміщень, високоточних застосувань, таких як кінцеві ефектори та інструменти захоплювання та встановлення.