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 pietra angolare 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 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 a livello nanometrico.
⑵ Processi di confezionamento e collaudo
Substrati per il confezionamento di circuiti integrati:I substrati ceramici di allumina multistrato vengono utilizzati nei 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 corrisponde a quello dei chip di silicio, riducendo lo stress termico.
Lucidatura chimico-meccanica (CMP):La rugosità superficiale delle piastre di lucidatura in ceramica di allumina può essere controllata entro 0,5 nm, migliorando significativamente l'uniformità di planarizzazione dei wafer e riducendo i difetti di planarizzazione.
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, le nanoceramiche di allumina (granulometria <200 nm), preparate con il metodo sol-gel, presentano una resistenza alla flessione di 350 MPa, 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 la durata dei componenti delle apparecchiature di incisione di oltre 10 volte.
Integrazione intelligente:Ad esempio, Jifeng Technology ha introdotto il grafene nella ceramica 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, il mercato globale dei componenti ceramici in allumina per semiconduttori ha raggiunto i 7,2 miliardi di dollari USA, rappresentando il 45% dei componenti ceramici di precisione. Grazie alla 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
Il tasso di autosufficienza della Cina nella produzione di ceramiche di allumina ad alta purezza (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 dell'industria dei nuovi materiali ha indicato le ceramiche 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.
