Numa era em que a tecnologia de semicondutores está a evoluir para processos abaixo de 3nm,cerâmica de aluminaAs cerâmicas de alumina (Al₂O₃) emergiram como um material fundamental para o funcionamento preciso de equipamentos semicondutores, graças à sua alta pureza, excelente isolamento, resistência a altas temperaturas e estabilidade química. Da fabricação de chips à embalagem e aos testes, as cerâmicas de alumina, como a pedra angular invisível, impulsionam a inovação contínua da indústria de semicondutores.
1. Principais aplicações da cerâmica de alumina na fabricação de semicondutores
⑴ Componentes-chave de equipamentos de fabricação de chips
Equipamentos de gravação e deposição:Nos processos de gravação a plasma e deposição de filmes finos (CVD/PVD),cerâmica de aluminaSão utilizadas na fabricação de mandris eletrostáticos (ESC), placas de distribuição de gás e revestimentos de câmaras. Sua resistência à corrosão por plasma (por exemplo, contra Cl₂, CF₄) e planicidade ultra-alta (rugosidade superficial Ra ≤ 0,01 μm) garantem a precisão e a estabilidade do processamento de wafers.
Tecnologia de litografia:Cerâmica de aluminaSão utilizados na estrutura de suporte de máscaras de máquinas de litografia ultravioleta extrema (EUV). Seu baixo coeficiente de expansão térmica (8,2×10⁻⁶/℃) reduz a deriva térmica, garantindo precisão de litografia em nível nanométrico.
⑵ Processos de embalagem e teste
Substratos para encapsulamento de circuitos integrados:Substratos cerâmicos de alumina multicamadas são usados em módulos de potência, como IGBTs e MOSFETs, combinando isolamento (resistividade volumétrica de 10¹⁴ Ω·cm) e funções de dissipação de calor (condutividade térmica de 25 W/(m·K)). Seu coeficiente de expansão térmica é semelhante ao dos chips de silício, reduzindo o estresse térmico.
Polimento Químico Mecânico (CMP):A rugosidade superficial das placas de polimento de cerâmica de alumina pode ser controlada em até 0,5 nm, melhorando significativamente a uniformidade de planarização dos wafers e reduzindo defeitos.
2. Avanços técnicos: da modificação de materiais à inovação de processos
⑴ Alta pureza e nanoestruturação
A equipe do Instituto de Microssistemas e Tecnologia da Informação de Xangai, da Academia Chinesa de Ciências, desenvolveu recentemente materiais dielétricos de alumina monocristalina para portas de circuitos integrados. Esses materiais podem prevenir eficazmente a fuga de corrente mesmo com uma espessura de apenas 1 nanômetro, oferecendo uma nova solução para chips de baixo consumo de energia. Além disso, as nano-cerâmicas de alumina (tamanho de grão <200 nm), preparadas pelo método sol-gel, apresentam uma resistência à flexão de 350 MPa — 50% superior à dos materiais tradicionais.
⑵ Projeto Compósito e Funcional
Resistência à corrosão por plasma:Cerâmicas compostas de ítria-alumina, dopadas com elementos de terras raras de alta entropia, prolongam a vida útil dos componentes de equipamentos de corrosão em mais de 10 vezes.
Integração Inteligente:Por exemplo, a Jifeng Technology introduziu grafeno em cerâmica de alumina, aumentando a condutividade térmica para 200 W/(m·K), tornando-a adequada para módulos de dissipação de calor em estações base 5G.
3. Perspectiva de Mercado e Processo de Localização
⑴ Crescimento do mercado global
Em 2023, o mercado global de componentes cerâmicos de alumina para semicondutores atingiu US$ 7,2 bilhões, representando 45% do mercado de componentes cerâmicos de precisão. Impulsionado pela demanda em inteligência artificial, 5G e outras áreas, espera-se que o mercado ultrapasse RMB 10 bilhões até 2025, com a participação da China projetada para aumentar de 30% para 35%.
⑵ Avanços na localização
A taxa de autossuficiência da China em cerâmica de alumina de alta pureza (pureza ≥99,9%) ultrapassou os 80%. Empresas como a Yunxing Industrial Ceramic estão expandindo sua capacidade produtiva, planejando uma produção anual de 300 toneladas de pó de alta pureza. No âmbito das políticas públicas, o Guia de Desenvolvimento da Indústria de Novos Materiais listou a cerâmica de alumina de alto desempenho como uma área prioritária de pesquisa, visando atingir um índice de nacionalização superior a 85% para os principais equipamentos até 2026.
4. Tendências Futuras: Manufatura Verde e Cenários Emergentes
Processos de baixo carbono:A tecnologia de co-combustão a baixa temperatura (LTCC) reduz o consumo de energia em 25%, enquanto a sinterização por micro-ondas diminui as emissões de carbono em 30%.
Aplicações emergentes:Existe um enorme potencial em cenários como vedações de células de combustível de hidrogênio, peças cerâmicas impressas em 3D (com precisão de 0,1 mm) e placas de suporte para células fotovoltaicas de heterojunção.
