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 pruebas
Sustratos para empaquetado de circuitos integrados:Los sustratos cerámicos de alúmina multicapa se utilizan en módulos de potencia como IGBT y MOSFET, combinando 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 de las placas de pulido de cerámica de alúmina se puede controlar dentro de 0,5 nm, lo que mejora significativamente la uniformidad de planarización de las obleas y reduce los defectos de desbaste.
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 ofrece una nueva solución para chips de bajo consumo. Además, las nanocerámicas de alúmina (tamaño de grano <200 nm), preparadas mediante el método sol-gel, presentan una resistencia a la flexión de 350 MPa, un 50 % superior a la de 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 grafeno en cerámica de alúmina, aumentando la conductividad térmica a 200 W/(m·K), haciéndolo adecuado para módulos de disipación de calor en estaciones base 5G.
3. Prospección de mercado y proceso de localización
⑴ Crecimiento del mercado global
En 2023, el mercado global de componentes cerámicos de alúmina para semiconductores alcanzó los 7200 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 sectores, se prevé 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
La tasa de autosuficiencia de China en cerámica de alúmina de alta pureza (pureza ≥99,9%) ha superado el 80%. Empresas como Yunxing Industrial Ceramic están ampliando su capacidad de producción, con una producción anual prevista 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 cerámicas impresas en 3D (con una precisión de 0,1 mm) y las placas portadoras de celdas fotovoltaicas de heterojunción.
