(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211236237.0 (22)申请日 2022.10.10 (71)申请人 浙江启尔机电技 术有限公司 地址 310000 浙江省杭州市临安市青山湖 街道励新路9 9号 (72)发明人 陈加成　刘范　郭建利　付婧媛　 (74)专利代理 机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 33240 专利代理师 邬赵丹 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于分子模拟预测的半导体洁净零部 件加工方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于分子模拟预测的半导 体洁净零部件加工方法。 本发明通过分子动力学 模拟的方法模拟出坯料在模压环节引入的污染 经烧结后， 从氟塑料零部件表 面或亚表面迁移到 内部的扩散过程， 并对模拟结果进行计算分析， 得到在烧结过程中污染物扩散的深度， 为模压模 具设计和机加工车削提供具体的数据参考。 本发 明能够解决洁净零部件在模压烧结过程中产生 的污染经车削后的残留问题， 提高产品合格率； 同时能避免原材料的浪费， 提高材料利用率， 最 终增加企业效益。 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 CN 115544598 A 2022.12.30 CN 115544598 A 1.一种基于分子模拟预测的半导体洁净零部件加工方法， 其特 征在于： 具体包括如下步骤： 1)选取需要模拟的氟塑料和污染物类型； 2)导入初始污染物分子模型并进行优化， 构建无定形晶胞模型； 3)通过分子模拟软件构建氟塑料 ‑污染物层的双层模型， 模型的一层为氟塑料分子链， 另一层为金属污染物的原子； 4)对步骤3)得到的模型进行能量 最小化的优化， 获得 稳定的模型； 5)对步骤4)获得的模型先进行常温下的NVT动力学模拟， 通过弛豫过程使模型从非平 衡态回到平衡态； 对平衡态的模 型， 根据相应的棒料烧结曲线， 在相应主烧结阶段的温度下 进行NVT分子动力学模拟， 并 间隔设定步数输出轨 迹数据； 6)模拟后， 对运动 轨迹文件进行计算分析， 得到此温度下的均方位移MSD数据和相应的 MSD‑t曲线； 7)对MSD‑t曲线进行线性拟合， 求解拟合曲线的斜率， 通过爱因斯坦扩散方程计算出此 温度下污染物分子从氟塑料亚表面扩散到内部的扩散系数； 其他温度下的扩散系数参照近 似得到； 8)实际烧结中根据原材料棒料尺寸选择合适的烧结曲线， 在选定棒料的烧结曲线后， 根据分子模拟得到相应的扩散系数D， 烧结时间为t， 因此扩散距离s通过以下公式求得： 9)根据每 个温度段的扩散距离， 算出总的扩散深度。 2.如权利要求1所述的基于分子模拟预测的半导体洁净零部件加工方法， 其特征在于： 所述的步骤2)， 具体为： 运用分子模拟软件导入污染物分子模型， 并用切割分面功能选取污 染物分子的(001)晶面方向进行切割， 再进行能量最小化的优化， 获得稳定的结构； 对优化 后的污染物分子模型删除化学键， 建立一定数量的超晶胞体系， 并构建与前述超晶胞体系 尺寸相同的无定形晶胞模型。 3.如权利要求1所述的基于分子模拟预测的半导体洁净零部件加工方法， 其特征在于： 所述的扩散总距离s总＝s1+s2+s3+···+sn。 4.如权利要求1所述的基于分子模拟预测的半导体洁净零部件加工方法， 其特征在于： 在设计模压模具和 机加工时， 考虑污染的扩散距离， 模压模具的直径至少为d ′＝d*104％+ 2s总。 5.如权利要求4所述的基于分子模拟预测的半导体洁净零部件加工方法， 其特征在于： 如果污染只有在其中一个圆柱面上， 则模压模具高度至少为h ′＝(h/107％)*4.5+s总； 如果 污染在两个圆柱面上往内部扩散， 则模压模具高度至少为h ′＝(h/107％)*4.5+2s总； 机加工 车削掉的最小厚度为d*5％+2s总， 高度方向的加工 分别对上下两个圆柱面进 行加工， 最小厚 度为h*2.5％+s总。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115544598 A 2一种基于分子模拟预测的半导体洁净零部件加工方 法 技术领域 [0001]本发明属于塑料加工技术领域， 涉及一种基于分子模拟预测的半导体洁净零部件 加工方法。 背景技术 [0002]半导体工业的诸多环节对于原料和设备的洁净度有很高的要求， 需要达到所谓的 “超洁净”条件， 即满足半导体行业同行的的SEMI  F57和SEMI  F63等标准。 聚四氟乙烯 (PTFE)或可熔性聚四氟乙烯(PFA)这两种氟塑料材料具备良好的抗腐蚀和抗污染性能， 常 用于制造超洁净零部件。 PTFE和PFA， 因其本身具有优良的化学稳定性、 耐腐 蚀性、 密封性、 高润滑不粘性、 电绝缘性和良好的抗老化 耐力， 可制成管、 棒、 带、 板、 薄膜 等， 故广泛应用于 性能要求较高的半导体流控领域的耐腐蚀管道、 容器、 泵、 阀等。 [0003]对于PTFE制件， 其一般的生产步骤为粉料模压—坯料烧结—熟棒料车削成需要的 产品。 在模压工序后， 坯料表面或亚表面经常会看到肉眼可见的黑点、 黄点等污染物杂质。 而且污染物经烧结后会往内部迁移， 很难确定污染物的深度。 如图1和图2为粉末烧结过程 中的形态变化和物质扩散机制， 图1表示在 烧结过程中粉料逐渐聚集粘结生长成大颗粒， 间 隙越来越小； 图2表示不同的物质扩散机制， 其中a点为空位扩散， 即质点 从正常位置移到空 位； b点为间隙扩散， 即质点从一个间隙到另一个间隙； c点为准间隙扩散， 即质点从间隙位 到正常位， 正常位到间隙位； d点为易位， 即两个质点直接换位； e点为环形扩散， 即同种质点 的环状迁移。 其中a、 b两种扩散机制能量最小， 最易发生， 在a、 b两种机制的作用下， 污染物 会向氟塑料制件的内部扩散。 在现有的制 造工艺中， 在模压工序完成后会通过车削等手段 提高制件的表面质量， 消除表 面缺陷的同时去除夹杂 在表层中的污染物。 但是， 若污染扩散 到内部的深度超过了预估的车削深度， 车削就不能干净地加工掉有污染的部分， 造成零部 件的污染残留， 进而导致产品不合格； 如果污染扩散深度远小于车削深度， 那么又会造成原 材料的浪费。 目前没有很好的方法确定污染物的扩散深度， 只能依靠经验设置车削深度。 因 此需要找到一种技术方案能够精准确定污染物在烧结后的扩散深度， 从而指导模压模具的 设计和相应的机加工 工艺。 [0004]例如一种现有技术方案如下： 首先根据粉体模压前后的密度变化计算压缩比， 模 压前粉料的堆积密度在0.44g/cm3左右， 模压后的生坯棒料密度在2.0g/cm3左右， 所以， 根 据密度的变化可以计算出压缩比在4.5左右。 [0005]模压后的生坯料经烧结后， 纵向因模压后的压力释放会有7％左右的伸长； 横向受 烧结过程中内部空隙不断变小的影响会收缩4％左右， 图3为棒料烧结前后尺寸变化示意 图。 因此， 如果需要的棒料尺寸直径为d， 高度为h， 则模压模具直径设计为d ′＝d*104％， 高 度为h′＝(h/107％)*4.5。 最后， 烧 结后的棒料根据产品尺 寸需要经过机加工车削掉表 面一 层。 至于加工掉多少厚度， 现有技术方案只能大致根据棒料尺寸、 表面污染及原料节省情况 考虑， 一般表面会加工掉 直径和高度的各5％左右。 [0006]该技术方案存在以下缺 点：说　明　书 1/7 页 3 CN 115544598 A 3