Cerâmica de Alumina - A Pedra Angular Invisível na Fabricação de Semicondutores
Numa era em que a tecnologia de semicondutores está a evoluir para processos abaixo dos 3 nm,cerâmica de aluminaAs cerâmicas de Al₂O₃ (Al₂O₃) emergiram como um material essencial para a operação precisa 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.As principais aplicações da cerâmica de alumina na fabricação de semicondutores
⑴ Principais componentes do equipamento de fabricação de chips
Equipamentos de Gravação e Deposição:Nos processos de gravação de plasma e deposição de película fina (CVD/PVD),cerâmica de aluminasão utilizados 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 altíssima planicidade (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/°C) reduz a deriva térmica, garantindo precisão litográfica em nível nanométrico.
⑵ Processos de embalagem e teste
Substratos de encapsulamento de circuitos integrados:Multicamadascerâmica de aluminaSubstratos são usados em módulos de potência como IGBTs e MOSFETs, combinando funções de isolamento (resistividade volumétrica de 10¹⁴ Ω·cm) e dissipação de calor (condutividade térmica de 25 W/(m·K)). Seu coeficiente de expansão térmica corresponde ao dos chips de silício, reduzindo o estresse térmico.
Polimento Químico Mecânico (CMP):A rugosidade da superfície decerâmica de aluminaplacas de polimento podem ser controladas dentro de 0,5 nm, melhorando significativamente a uniformidade de planarização de wafers e reduzindo defeitos "dishing".
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 porta de alumina monocristalina. Esses materiais podem efetivamente prevenir vazamentos de corrente mesmo com espessura de apenas 1 nanômetro, fornecendo uma nova solução para chips de baixa potência. Além disso, nano-cerâmica de alumina(tamanho de grão <200 nm), preparados pelo método sol-gel, apresentam uma resistência à flexão de 350 MPa — 50% maior do que os materiais tradicionais.
⑵ Design Composto e Funcional
Resistência à corrosão do plasma:Cerâmicas compostas de ítria-alumina, dopadas com elementos de terras raras de alta entropia, prolongam a vida útil dos componentes do equipamento de gravação em mais de 10 vezes.
Integração Inteligente:Por exemplo, a Jifeng Technology introduziu o grafeno emcerâmica de alumina, aumentando a condutividade térmica para 200 W/(m·K), tornando-o adequado para módulos de dissipação de calor em estações base 5G.
3. Processo de Prospecção e Localização de Mercado
⑴ Crescimento do mercado global
Em 2023, o tamanho do mercado global decerâmica de aluminaOs componentes para semicondutores atingiram US$ 7,2 bilhões, representando 45% dos componentes cerâmicos de precisão. Impulsionado pelas demandas de IA, 5G e outras áreas, o tamanho do mercado deverá ultrapassar RMB 10 bilhões até 2025, com a projeção de que a participação de mercado da China aumente de 30% para 35%.
⑵ Avanços na Localização
Taxa de autossuficiência de alta pureza da Chinacerâmica de alumina(pureza ≥99,9%) ultrapassou 80%. Empresas como a Yunxing Industrial Ceramic estão expandindo sua capacidade de produção, planejando uma produção anual de 300 toneladas de pó de alta pureza. Em nível político, o Guia de Desenvolvimento da Indústria de Novos Materiais listou a cerâmica de alumina de alto desempenho como uma direção-chave de pesquisa, com o objetivo de atingir uma taxa de localização superior a 85% para equipamentos essenciais até 2026.
4. Tendências Futuras: Manufatura Verde e Cenários Emergentes
Processos de baixo carbono:A tecnologia de co-combustão de baixa temperatura (LTCC) reduz o consumo de energia em 25%, enquanto a sinterização por micro-ondas reduz as emissões de carbono em 30%.
Aplicações emergentes:Existe um enorme potencial em cenários como selos de células de combustível de hidrogênio, peças cerâmicas impressas em 3D (com precisão de 0,1 mm) e placas transportadoras de células fotovoltaicas de heterojunção.