粗糙度≤0.1μm！电加工如何攻克半导体设备腔体零件加工？

谈芯片自主，我们总盯着光刻机，却忽略了每一个作为 “隐性卡点”的设备核心零部件。尤其是贯穿刻蚀机、封装设备等所有设备的机械类零件，其加工能力可直接决定半导体设备的性能上限。

在半导体设备腔体的精密结构中，内衬、匀气盘、定子冷却套等零部件最为典型，承担着流体传输、精密定位、真空密封、热管理等关键功能，其加工精度每提升0.1微米，都可能直接推动芯片良率提升5%左右。

其中，真空腔体为了保证绝对的密封性和真空度，对于零件的表面光洁度、高精度有着严苛的要求；同时，因需耐受极端工艺环境，零件广泛采用氧化铝陶瓷、不锈钢等材料，不仅硬度高、脆性大，其微观结构也极为致密。

传输腔示意图，图源/富创精密

正因如此，在零部件生产制造过程中，对比刀具极易磨损的传统机械加工，非接触式的电加工凭借优势便脱颖而出，能从根本上避免机械应力进行超精密加工。那么，电加工到底有什么魅力？针对特性材料加工，又有怎样的加工效果？

腔体的“精密堡垒”，在于结构件？

半导体设备腔体作为刻蚀、薄膜沉积设备的核心反应容器，不仅是创造和维持超高真空、超洁净、特定等离子体环境的物理空间，更是承载晶圆并完成一系列复杂化学物理反应的精密平台。

典型刻蚀设备结构，图源/华创证券

一个典型的半导体设备腔体按照使用功能可分为过渡腔、传输腔、反应腔，由高纯度、耐腐蚀的不锈钢和铝合金为主要材料。其中，对比过渡腔的加工流程，后两者的加工要求更高。

传输腔材料主要是不锈钢，由于传输腔需要与不同工艺的反应腔连接，也需要采用不同的表面处理工艺来保证洁净度和耐腐蚀性；反应腔作为晶圆加工和生产的工作空间，多种工艺气体将在此发生化学反应，其对洁净度和耐腐蚀性要求较高。

典型结构/工艺零部件示意图，图源/富创精密招股书、华创证券

在晶圆加工和生产的反应腔内部，按不同材料及作用可分为金属工艺件、金属结构件及非金属机械件，包括匀气盘、托盘、铸钢平台、流量计底座、冷却板、静电卡盘等，且不同的零件对于加工有着不同的要求，进而决定芯片刻蚀或沉积的良率。

静电卡盘

静电卡盘作为晶圆加工过程中的“固定抓手”，需采用高纯度氮化铝（AlN）陶瓷材料，通过静电吸附原理实现晶圆的精准定位，其平面度、吸附力决定了晶圆的加工精度，平面度误差需要≤±0.5μm，电极层与吸附层需实现纳米级结合，电极柱同轴度误差控制在＜±0.1μm。

静电卡盘，图源/SHINKO官网、华创证券

腔体内衬

作为腔体的“防护屏障”，腔体内衬直接与反应气体、等离子体接触，需要具备极强的耐腐蚀性、耐磨性和洁净度，防止污染物进入加工环境，保障晶圆表面质量。内部导流面粗糙度Ra＜0.1μm；传片口与外部接口需实现±0.002 mm同轴度，防止气体泄漏。

图源/网络

冷却板

冷却板承担着温度调控的关键部件，通过精准的流道设计实现均匀散热，将腔体温度波动控制在微米级范围内，避免温度变化对晶圆加工精度造成影响，材料需具备高导热性，通道表面粗糙度Ra＜0.05 μm。

前端冷却板 ，图源/富创精密

此外，复杂密封槽与接口作为腔体与外部设备的“连接枢纽”，负责气体传输、信号传导等功能，沟槽的尺寸精度、表面粗糙度直接影响密封性能与传输效率，深度公差±0.5 μm，侧壁角度误差≤±0.5°，避免等离子体轰击导致的损伤。

为什么非要电加工不可？

以上部件的加工过程不仅需要承受极端温度、等离子体腐蚀、机械应力，其几何精度、表面光洁度、材料纯度更是达到了纳米甚至亚纳米级的苛刻要求，传统加工技术逐渐难以满足需求。

传统刀具的硬度在进行机械切削时也易出现刀具快速磨损、工件崩边裂纹等问题，严重制约生产效率；部分结构件还需要保持极高的洁净度，加工过程中不能产生毛刺、微裂纹等缺陷，否则会影响半导体制造的真空环境与晶圆质量。

电加工机床通过“脉冲放电蚀除材料”的加工原理，摆脱了传统机械加工对刀具硬度与切削力的依赖，在精度控制、材料适配、效率提升等方面形成独特优势。核心在于通过非接触加工方式（加工过程中电极与工件不直接接触），仅通过脉冲放电产生的高温蚀除材料，避免了机械切削力导致的工件变形。

此外，电加工机床的尺寸一致性极高，批量生产的型腔零部件尺寸偏差控制在±0.001mm左右，能大幅降低半导体设备的装配误差。

随着新材料的应用范围日益广泛，零件尺寸持续极端化发展，加工形状复杂度、精细度和精度要求不断攀升，对于电加工技术的需求将持续增长。

全球先进方案云集，品牌厂商技术角逐

面对半导体产业对电加工技术的迫切需求，全球顶尖设备厂商纷纷发力，推出针对性的加工方案，赋能半导体精密制造。

在材料适配方面，UNITED MACHINING的FORM P600则集成了智能高速脉冲电源（ISPG）及iGap工艺，可优化每一次放电、改善放电分布，最大限度提高材料去除率，并保持高精度的表面质量，解决了传统加工中“材料硬、加工难”的痛点。

聚焦半导体高端型腔零部件加工，其推出的AgieCharmilles CUT P 350  Pro线切割机床，搭载“自适应脉冲技术”，可根据工件厚度，实时调整放电参数，自动金属块塞焊 (ASW) 功能可减少人工干预并获得更多加工时间，适用于精密流道等核心型腔零部件的加工。

图源/UNITED MACHINING

沙迪克的AQ1200L线切割放电加工机，采用直线电机、直线光栅尺以及独特的机电一体式结构，具有良好的定位精度以及，同时做到了最小级别的设置空间和最大范围的加工区域；AL60G+机床最新支持铜石墨（CuCr）对超硬合金的加工工艺，适用于封装设备引线框架、散热腔等批量半导体零部件的加工。其搭载的AI智能加工与3D电火花成型机CAM系统，可自动优化放电参数，大幅降低人力成本。

图源/沙迪克

牧野专注于复杂型腔零部件的多维度加工，EDAC-系列可加工最小仅5μm的R角半径，优异面粗度低至1.3μinRa（0.25μmRz），提供高水平的精度和表面处理能力；在异种材料加工方面，牧野的混合加工中心可实现金属与陶瓷的一体化加工，EDAF2i Ultra机床则增加了对国产材料的工艺数据支持，擅长满足半导体制造的严苛要求。

图源/牧野

除了上述通用优势，电加工在应对半导体产业发展的新趋势——大尺寸与超高厚度加工方面也扮演着关键角色。例如，在先进封装领域，封装模具尺寸不断增大，对1000mm以上超高厚度工件的线切割加工提出了极限挑战。目前行业正集中攻关大能量放电下的稳定供液、高效排屑等难题，以提升加工效率和表面质量，这正是电加工技术持续创新的前沿方向。

在明年ITES深圳工业展的现场，以上企业还会带着最新半导体设备行业解决方案以及设备出展。除此之外，山崎马扎克、津上、安田、罗德斯、发那科、三菱电机、创世纪、北京精雕、科杰技术、格力智能、硕方、力劲、泷泽（Nidec）、欧通（TAJMAC-ZPS）、埃弗米、捷甬达等头部企业也已蓄势待发，敬请期待！