Ceramica di allumina - La pietra angolare invisibile nella produzione di semiconduttori
In un'epoca in cui la tecnologia dei semiconduttori si sta muovendo verso processi inferiori a 3 nm,ceramiche di alluminaLe ceramiche di allumina (Al₂O₃) si sono affermate come materiale chiave per il funzionamento preciso delle apparecchiature a semiconduttore, grazie alla loro elevata purezza, all'eccellente isolamento, alla resistenza alle alte temperature e alla stabilità chimica. Dalla produzione dei chip al confezionamento e ai test, le ceramiche di allumina, in quanto pilastro invisibile, stanno guidando la continua innovazione dell'industria dei semiconduttori.
1.Le principali applicazioni della ceramica di allumina nella produzione di semiconduttori
⑴ Componenti chiave delle apparecchiature di produzione di chip
Attrezzatura per incisione e deposizione:Nei processi di incisione al plasma e di deposizione di film sottili (CVD/PVD),ceramiche di alluminaVengono utilizzati per la produzione di mandrini elettrostatici (ESC), piastre di distribuzione del gas e rivestimenti per camere. La loro resistenza alla corrosione da plasma (ad esempio, contro Cl₂, CF₄) e l'elevatissima planarità (rugosità superficiale Ra ≤ 0,01 μm) garantiscono la precisione e la stabilità della lavorazione dei wafer.
Tecnologia litografica:Ceramica di alluminaSono utilizzati nella struttura di supporto della maschera delle macchine litografiche a ultravioletti estremi (EUV). Il loro basso coefficiente di espansione termica (8,2×10⁻⁶/℃) riduce la deriva termica, garantendo una precisione litografica nanometrica.
⑵ Processi di confezionamento e collaudo
Substrati per il confezionamento di circuiti integrati:Multistratoceramica di alluminaI substrati sono utilizzati in moduli di potenza come IGBT e MOSFET, combinando isolamento (resistività di volume 10¹⁴ Ω·cm) e funzioni di dissipazione del calore (conduttività termica 25 W/(m·K)). Il loro coefficiente di dilatazione termica è pari a quello dei chip di silicio, riducendo lo stress termico.
Lucidatura chimico-meccanica (CMP):La rugosità superficiale diceramica di alluminale piastre di lucidatura possono essere controllate entro 0,5 nm, migliorando significativamente l'uniformità di planarizzazione dei wafer e riducendo i difetti "dishing".
2. Innovazioni tecniche: dalla modifica dei materiali all'innovazione dei processi
⑴ Elevata purezza e nanostrutturazione
Il team dello Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, dell'Accademia Cinese delle Scienze, ha recentemente sviluppato materiali dielettrici di gate in allumina monocristallina. Questi materiali possono prevenire efficacemente la dispersione di corrente anche con uno spessore di solo 1 nanometro, offrendo una nuova soluzione per chip a basso consumo. Inoltre, i nano-ceramiche di allumina(granulometria <200nm), preparati tramite il metodo sol-gel, presentano una resistenza alla flessione di 350 MPa, ovvero il 50% in più rispetto ai materiali tradizionali.
⑵ Design composito e funzionale
Resistenza alla corrosione al plasma:Le ceramiche composite di ittrio-allumina, drogate con elementi di terre rare ad alta entropia, prolungano di oltre 10 volte la durata utile dei componenti delle apparecchiature di incisione.
Integrazione intelligente:Ad esempio, Jifeng Technology ha introdotto il grafene inceramiche di allumina, aumentando la conduttività termica a 200 W/(m·K), rendendolo adatto ai moduli di dissipazione del calore nelle stazioni base 5G.
3. Prospettiva di mercato e processo di localizzazione
⑴ Crescita del mercato globale
Nel 2023, la dimensione del mercato globale diceramica di alluminaI componenti per semiconduttori hanno raggiunto un valore di 7,2 miliardi di dollari USA, rappresentando il 45% dei componenti ceramici di precisione. Trainato dalla domanda di intelligenza artificiale, 5G e altri settori, si prevede che il mercato supererà i 10 miliardi di RMB entro il 2025, con una quota di mercato della Cina destinata a salire dal 30% al 35%.
⑵ Innovazioni nella localizzazione
Tasso di autosufficienza della Cina in termini di elevata purezzaceramiche di allumina(purezza ≥99,9%) ha superato l'80%. Aziende come Yunxing Industrial Ceramic stanno espandendo la capacità produttiva, pianificando una produzione annua di 300 tonnellate di polvere ad alta purezza. A livello politico, la Guida allo Sviluppo del Settore dei Nuovi Materiali ha indicato la ceramica di allumina ad alte prestazioni come una direzione di ricerca chiave, con l'obiettivo di raggiungere un tasso di localizzazione superiore all'85% per le apparecchiature chiave entro il 2026.
4. Tendenze future: produzione ecologica e scenari emergenti
Processi a basse emissioni di carbonio:La tecnologia di co-combustione a bassa temperatura (LTCC) riduce il consumo energetico del 25%, mentre la sinterizzazione a microonde riduce le emissioni di carbonio del 30%.
Applicazioni emergenti:Esistono enormi potenzialità in scenari quali le guarnizioni delle celle a combustibile a idrogeno, le parti in ceramica stampate in 3D (con una precisione di 0,1 mm) e le piastre di supporto delle celle fotovoltaiche a eterogiunzione.