Dins de l'ecosistema de la indústria de semiconductors, els equips de fabricació de semiconductors formen el seu pilar bàsic i ocupa una posició fonamental. Segons l'informe de previsió d'equips de semiconductors totals de mitjan -any de SEMI, s'ha publicat un senyal d'elevat creixement de la indústria. Les dades mostren que es preveu que les vendes globals totals d'equips de fabricació de semiconductors (OEM) assoleixin els 165.900 milions de dòlars el 2026, un augment interanual-{-del 23,2%, establint un nou rècord històric. S'espera que aquest ritme de creixement de la indústria continuï, amb la previsió de vendes d'equips globals que superin els 229.500 milions de dòlars el 2028, aconseguint cinc anys consecutius de creixement constant.
Aquesta ràpida expansió de la indústria està impulsant els equips de fabricació de semiconductors cap a una complexitat i precisió cada cop més -sobre el disseny i la fabricació. En aquest procés, la ceràmica d'alt rendiment-, com a material component crític, té un paper clau en la fabricació de semiconductors. L'R+D i la producció de components ceràmics-d'alt rendiment estan directament relacionats amb el desenvolupament robust i l'avenç tecnològic de la cadena de subministrament de semiconductors.
Els materials ceràmics d'alt -rendiment tenen excel·lents propietats completes, com ara alta resistència, alta duresa, alta resistència al desgast, alt aïllament elèctric, baixa expansió tèrmica, alta resistència a la corrosió i alta estabilitat química. En la fabricació de semiconductors, es poden utilitzar com a components per a equips com ara plaques de poliment, plataformes de condicionador de coixinets de poliment, mandrils de buit, escalfadors i mandrils electrostàtics.
-Components ceràmics d'alt rendiment per a la fabricació de semiconductors
Els materials ceràmics d'alt rendiment-inclouen principalment l'alúmina, el nitrur d'alumini, el nitrur de silici, el carbur de silici, etc. Els diferents materials ceràmics tenen característiques diferents, cosa que condueix a diferents escenaris d'aplicació en el camp dels semiconductors. Entre aquestes, les ceràmiques d'alúmina tenen una àmplia gamma d'aplicacions en la indústria dels semiconductors.
Aplicacions de diverses ceràmiques de grau{0}}de semiconductors comuns
Propietats i classificació de les ceràmiques d'alúmina
La ceràmica d'alúmina és un dels materials aïllants clau indispensables per als equips bàsics en la fabricació de circuits integrats. A mesura que avancen els processos de fabricació de xips, els requisits de puresa i rendiment de la ceràmica d'alúmina continuen augmentant. En general, les ceràmiques d'alúmina es classifiquen en funció del seu contingut d'alúmina, normalment es divideixen en ceràmiques d'alúmina de tipus-ordinari i de tipus-de puresa-alta. El tipus-ordinari es pot subdividir encara més pel contingut d'alúmina, com ara un 75% d'alúmina, un 96% d'alúmina i un 99% de ceràmica d'alúmina; Les ceràmiques d'alúmina d'alta{10}}puresa-es refereixen a materials amb un contingut d'alúmina superior al 99,9%.
Actualment, la puresa de la ceràmica d'alúmina utilitzada en equips de semiconductors és bàsicament superior al 99,5%. Les ceràmiques d'alúmina utilitzades en aplicacions de gravat assoleixen una puresa superior al 99,8%, fins i tot arribant al grau 4N (99,99%). Aquests semblen transparents o translúcids, amb indicadors de rendiment que arriben al nivell de cristalls senzills de safir. A més, a causa de la seva estructura de gra fi-, algunes propietats com la resistència a la flexió i la resistència a la compressió són fins i tot superiors a les dels cristalls senzills de safir.
Propietats clau de les ceràmiques d'alúmina amb diferents continguts d'alúmina
Aplicació de ceràmiques translúcides d'alúmina en semiconductors
La ceràmica d'alúmina translúcida és un tipus de ceràmica d'alúmina d'alta -puresa. A causa de la seva certa transmitància òptica, es poden utilitzar com a materials ceràmics integrant funcions tant funcionals com estructurals. Les característiques estructurals d'alta densificació i porus mínims i defectes d'impuresa fan que les ceràmiques d'alúmina translúcides sovint posseeixin propietats integrals més excel·lents que les ceràmiques d'alúmina d'alta puresa-ordinàries. En comparació amb els cristalls simples de safir, la ceràmica d'alúmina translúcida té avantatges en propietats mecàniques i es considera un dels materials ceràmics preferits per integrar estructura i funció.
Aplicacions en Equips Semiconductors
En la fabricació de semiconductors, el procés de gravat és un pas crític. Concretament, la selecció de materials per a les finestres de la cambra de gravat requereix no només una gran transmitància, sinó també una excel·lent resistència a la corrosió. Inicialment, el quars s'utilitzava habitualment. Tanmateix, la feble resistència a la corrosió del quars fa que sigui propens a danys i ennuvolats, reduint significativament la seva vida útil com a visió. Les ceràmiques d'alúmina translúcida han cridat l'atenció per la seva excel·lent transmitància òptica, la seva excel·lent resistència química i les seves propietats dielèctriques.
Les finestres de ceràmica d'alúmina presenten una vida útil excepcionalment llarga. L'alta transmitància òptica és el seu avantatge principal per a aquesta aplicació, l'alta puresa garanteix la resistència al gravat per plasma i l'alta densificació redueix la pèrdua dielèctrica, minimitzant la generació de calor durant el funcionament de l'equip. Tot i que les ceràmiques d'alúmina translúcides tenen un bon rendiment en la resistència al gravat per plasma, la seva transmitància òptica encara queda enrere en materials com el quars. Especialment en entorns de gravat per plasma que contenen fluor-, Al reacciona amb F per formar compostos AlxFy, que no només escurça la vida útil de la ceràmica d'alúmina translúcida, sinó que també suposa un risc de contaminació de les hòsties.
Aplicacions en embalatge de semiconductors
En els processos d'embalatge de semiconductors, per optimitzar l'eficiència de conversió fotoelèctrica dels xips LED, s'imposen estàndards més estrictes sobre les propietats òptiques i tèrmiques dels materials d'embalatge. Les ceràmiques d'alúmina translúcida, com a materials d'embalatge, no només tenen una doble funció com a substrats de suport i vies de dissipació de calor, sinó que també, aprofitant les seves propietats òptiques úniques, superen eficaçment el problema de l'eficiència lluminosa limitada causada per camins de llum unidireccionals. Concretament, utilitzant la seva alta transmitància, s'utilitzen com a substrats transparents i tubs transparents, permetent que la llum generada pels xips LED es propagui de manera uniforme i sense obstacles en totes direccions, millorant així significativament l'eficiència global d'extracció de llum de la il·luminació LED. A més, les ceràmiques translúcides d'alúmina posseeixen una excel·lent conductivitat tèrmica a -temperatura ambient, reduint eficaçment la potència tèrmica generada durant el funcionament del xip LED, millorant encara més el rendiment i l'estabilitat generals.
Aplicació de la ceràmica d'alúmina translúcida en il·luminació LED
L'abril de 2026, Japan Fine Ceramics Co., Ltd. (JFC) va anunciar que havia produït un prototip de substrat d'alúmina translúcida (aproximadament 300 mm²), un producte que s'espera que creixi contínuament la demanda d'envasos avançats dins dels processos de fabricació de semiconductors.
Aquest substrat d'alúmina translúcida està fet d'alúmina d'alta -puresa (més del 99,99%) i s'ha confirmat que posseeix tres característiques:
Alta transmitància òptica a través del rang de longitud d'ona ultraviolada (UV) a infraroja (IR).
Alta rigidesa equivalent a la del safir.
Excel·lent resistència química.
JFC va indicar que és probable que el substrat d'alúmina translúcida s'apliqui en mòduls IGBT per a envasos de semiconductors d'alta potència, il·luminació LED, comunicació d'alta-freqüència (5G/mmWave) i especialment ofereix noves possibilitats per a camps de comunicació òptica com Co-Packaged Optics (CPO), proporcionant suport per a aplicacions que requereixen una conductivitat mecànica i una estabilitat mecànica alta.
Amb la ràpida proliferació de l'IA generativa, la demanda de semiconductors d'alt rendiment-creix constantment. Les hòsties d'alúmina transparent són un tipus d'hòsties de suport que s'utilitzen per fixar temporalment xips de semiconductors durant el procés d'integració del chiplet.
NGK Insulators, Ltd. té previst triplicar la seva capacitat de producció d'hòsties d'alúmina transparent l'any fiscal 2027 per satisfer la creixent demanda d'integració de chiplets-una tecnologia clau en camps avançats com la intel·ligència artificial (IA) i la conducció autònoma. Amb aquesta expansió, el grup NGK pretén establir un sistema de subministrament estable i s'esforça per aconseguir vendes de 20.000 milions de iens al mercat de semiconductors d'alt rendiment-per a l'any fiscal 2030.
La hòstia d'alúmina transparent utilitza "HICERAM", un material ceràmic de precisió translúcid desenvolupat i refinat per NGK durant molts anys. "HICERAM" és un material ceràmic de precisió translúcid basat en alúmina d'alta -puresa (Al₂O₃). Mitjançant un control precís de la puresa de la matèria primera, la mida del gra i els processos de sinterització, aquest material aconsegueix una bona translucència en l'alúmina policristalina mentre manté una alta densitat. En comparació amb la ceràmica tradicional, demostra un rendiment excel·lent en la reducció de porus i la dispersió de la llum, permetent així un cert grau de transmissió de la llum mentre es manté la resistència estructural.
Per preparar ceràmica d'alúmina translúcida d'alt rendiment-, cal una pols d'alúmina d'alta-puresa amb una puresa no inferior al 99,99%. Els elements impurs (com el silici i el ferro) poden formar centres de dispersió als límits del gra, reduint greument la transmitància i afectant la microestructura del material; per tant, és crucial controlar el contingut d'impureses de la pols (com més baix, millor). Un altre tema clau és la dispersibilitat de les partícules en pols. Si l'aglomeració de partícules és severa, fins i tot amb matèries primeres de puresa del 99,99% no es donarà ceràmica translúcida qualificada. A més, s'imposen requisits estrictes sobre l'activitat de sinterització de la pols d'alúmina.