Cerámica de alúmina: la piedra angular invisible en la fabricación de semiconductores
En una era en la que la tecnología de semiconductores avanza hacia procesos por debajo de los 3 nm,cerámica de alúminaLa cerámica de Al₂O₃ se ha convertido en un material clave para el funcionamiento preciso de los equipos semiconductores gracias a su alta pureza, excelente aislamiento, resistencia a altas temperaturas y estabilidad química. Desde la fabricación de chips hasta el empaquetado y las pruebas, la cerámica de alúmina, como piedra angular invisible, impulsa la innovación continua de la industria de los semiconductores.
1.Las principales aplicaciones de la cerámica de alúmina en la fabricación de semiconductores
⑴ Componentes clave del equipo de fabricación de chips
Equipos de grabado y deposición:En los procesos de grabado de plasma y deposición de película delgada (CVD/PVD),cerámica de alúminaSe utilizan para fabricar mandriles electrostáticos (ESC), placas de distribución de gas y revestimientos de cámaras. Su resistencia a la corrosión por plasma (p. ej., contra Cl₂, CF₄) y su altísima planitud (rugosidad superficial Ra ≤ 0,01 μm) garantizan la precisión y estabilidad del procesamiento de obleas.
Tecnología de litografía:Cerámica de alúminaSe utilizan en la estructura de soporte de máscara de las máquinas de litografía ultravioleta extrema (EUV). Su bajo coeficiente de expansión térmica (8,2 × 10⁻⁶/℃) reduce la deriva térmica, garantizando una precisión litográfica a nivel nanométrico.
⑵ Procesos de embalaje y prueba
Sustratos de empaquetado de circuitos integrados:Multicapacerámica de alúminaLos sustratos se utilizan en módulos de potencia como IGBT y MOSFET, combinando funciones de aislamiento (resistividad volumétrica de 10¹⁴ Ω·cm) y disipación térmica (conductividad térmica de 25 W/(m·K)). Su coeficiente de expansión térmica es similar al de los chips de silicio, lo que reduce la tensión térmica.
Pulido químico mecánico (CMP):La rugosidad de la superficie decerámica de alúminaLas placas de pulido se pueden controlar dentro de los 0,5 nm, lo que mejora significativamente la uniformidad de planarización de las obleas y reduce los defectos "dishingddhhh.
2. Avances técnicos: de la modificación de materiales a la innovación de procesos
⑴ Alta pureza y nanoestructuración
El equipo del Instituto de Microsistemas y Tecnología de la Información de Shanghái, de la Academia China de Ciencias, ha desarrollado recientemente materiales dieléctricos de compuerta de alúmina monocristalina. Estos materiales pueden prevenir eficazmente las fugas de corriente incluso con un espesor de tan solo 1 nanómetro, lo que proporciona una nueva solución para chips de bajo consumo. Además, los nano-cerámica de alúmina(tamaño de grano <200 nm), preparados mediante el método sol-gel, presentan una resistencia a la flexión de 350 MPa, un 50 % más alta que los materiales tradicionales.
⑵ Diseño compuesto y funcional
Resistencia a la corrosión por plasma:La cerámica compuesta de itria-alúmina, dopada con elementos de tierras raras de alta entropía, prolonga la vida útil de los componentes del equipo de grabado en más de 10 veces.
Integración inteligente:Por ejemplo, Jifeng Technology ha introducido el grafeno encerámica de alúmina, aumentando la conductividad térmica a 200 W/(m·K), lo que lo hace adecuado para módulos de disipación de calor en estaciones base 5G.
3. Proceso de prospección y localización del mercado
⑴ Crecimiento del mercado global
En 2023, el tamaño del mercado global decerámica de alúminaLos componentes para semiconductores alcanzaron los 7.200 millones de dólares estadounidenses, lo que representa el 45 % de los componentes cerámicos de precisión. Impulsado por la demanda de la IA, el 5G y otros campos, se espera que el tamaño del mercado supere los 10.000 millones de RMB para 2025, y se proyecta que la cuota de mercado de China aumente del 30 % al 35 %.
⑵ Avances en la localización
Tasa de autosuficiencia de China en productos de alta purezacerámica de alúminaLa pureza ≥99,9 % ha superado el 80 %. Empresas como Yunxing Industrial Ceramic están ampliando su capacidad de producción y prevén una producción anual de 300 toneladas de polvo de alta pureza. A nivel de políticas, la Guía de Desarrollo de la Industria de Nuevos Materiales ha incluido la cerámica de alúmina de alto rendimiento como una línea de investigación clave, con el objetivo de alcanzar una tasa de localización superior al 85 % para equipos clave para 2026.
4. Tendencias futuras: Fabricación ecológica y escenarios emergentes
Procesos bajos en carbono:La tecnología de co-combustión a baja temperatura (LTCC) reduce el consumo de energía en un 25%, mientras que la sinterización por microondas reduce las emisiones de carbono en un 30%.
Aplicaciones emergentes:Existe un potencial enorme en escenarios como los sellos de celdas de combustible de hidrógeno, las piezas de cerámica impresas en 3D (con una precisión de 0,1 mm) y las placas portadoras de celdas fotovoltaicas de heterojunción.