În cadrul ecosistemului industriei semiconductoarelor, echipamentele de fabricare a semiconductoarelor formează pilonul său de bază și ocupă o poziție esențială. Potrivit raportului de prognoză pentru echipamentele totale de semiconductori de la jumătatea-anului SEMI, a fost lansat un semnal de creștere ridicată a industriei. Datele arată că vânzările globale totale de echipamente de fabricare a semiconductoarelor (OEM) vor ajunge la 165,9 miliarde USD în 2026, cu o creștere de 23,2% de la -}-anal la an, stabilind un nou record istoric. Este de așteptat ca acest impuls de creștere a industriei să continue, vânzările globale de echipamente estimate să depășească 229,5 miliarde USD până în 2028, realizând cinci ani consecutivi de creștere constantă.
Această expansiune rapidă a industriei conduce echipamentele de producție de semiconductori către o complexitate și o precizie din ce în ce mai-mai mari în proiectare și producție. În acest proces, ceramica-de înaltă performanță, ca material component critic, joacă un rol cheie în fabricarea semiconductorilor. Cercetarea și dezvoltarea și producția de componente ceramice-de înaltă performanță sunt direct legate de dezvoltarea robustă și de progresul tehnologic al lanțului de aprovizionare cu semiconductori.
Materialele ceramice de înaltă{0}performanță posedă proprietăți complete excelente, cum ar fi rezistență ridicată, duritate ridicată, rezistență ridicată la uzură, izolație electrică ridicată, dilatare termică scăzută, rezistență ridicată la coroziune și stabilitate chimică ridicată. În producția de semiconductori, aceștia pot fi utilizați ca componente pentru echipamente precum plăci de lustruit, platforme de condiționare a plăcuțelor de lustruire, mandrine de vid, încălzitoare și mandrine electrostatice.
-Componente ceramice de înaltă performanță pentru fabricarea semiconductoarelor
Materialele ceramice{0}}de înaltă performanță includ în principal alumină, nitrură de aluminiu, nitrură de siliciu, carbură de siliciu etc. Diferitele materiale ceramice au caracteristici diferite, ceea ce duce la scenarii variate de aplicare în domeniul semiconductorilor. Printre acestea, ceramica cu alumină are o gamă deosebit de largă de aplicații în industria semiconductoarelor.
Aplicații ale mai multor ceramici de calitate-semiconductorilor comune
Proprietățile și clasificarea ceramicii cu alumină
Ceramica cu alumină este unul dintre materialele izolatoare cheie indispensabile pentru echipamentele de bază în fabricarea circuitelor integrate. Pe măsură ce procesele de fabricare a cipurilor avansează, cerințele de puritate și performanță pentru ceramica din alumină continuă să crească. În general, ceramica cu alumină este clasificată în funcție de conținutul lor de alumină, de obicei împărțită în ceramică de tip-obișnuit și de tip-puritate-înaltă. Tipul obișnuit poate fi subdivizat în continuare în funcție de conținutul de alumină, cum ar fi 75% alumină, 96% alumină și 99% ceramică de alumină; Ceramica de tip alumină de{10}}puritate-înaltă se referă la materiale cu un conținut de alumină mai mare de 99,9%.
În prezent, puritatea ceramicii de alumină utilizate în echipamentele semiconductoare este practic peste 99,5%. Ceramica de alumină folosită în aplicațiile de gravare atinge o puritate de peste 99,8%, ajungând chiar și la gradul 4N (99,99%). Acestea par transparente sau translucide, cu indicatori de performanță atingând nivelul monocristalelor de safir. În plus, datorită structurii cu granulație-fină, unele proprietăți precum rezistența la încovoiere și rezistența la compresiune sunt chiar superioare celor ale cristalelor simple de safir.
Proprietățile cheie ale ceramicii de alumină cu conținut diferit de alumină
Aplicarea ceramicii translucide din alumină în semiconductori
Ceramica de alumină translucidă este un tip de ceramică de alumină de-puritate ridicată. Datorită anumitor transmisii optice, pot fi utilizate ca materiale ceramice integrând atât roluri funcționale, cât și structurale. Caracteristicile structurale ale densificării ridicate și defectele minime ale porilor și impurităților înseamnă că ceramica de alumină translucidă posedă adesea proprietăți cuprinzătoare mai excelente decât ceramica obișnuită cu alumină de puritate ridicată-. În comparație cu monocristalele de safir, ceramica translucidă din alumină prezintă avantaje în ceea ce privește proprietățile mecanice și sunt considerate unul dintre materialele ceramice preferate pentru integrarea structurii și funcției.
Aplicații în echipamentele semiconductoare
În fabricarea semiconductorilor, procesul de gravare este un pas critic. Mai exact, selecția materialelor pentru fereastra camerei de gravare necesită nu numai o transmisie ridicată, ci și o rezistență excelentă la coroziune. Inițial, cuarțul a fost folosit în mod obișnuit. Cu toate acestea, rezistența slabă la coroziune a cuarțului îl face predispus la deteriorare și întunecare, reducându-i semnificativ durata de viață ca vizor. Ceramica translucidă din alumină a câștigat atenția datorită transmisiei optice excelente, rezistenței chimice remarcabile și proprietăților dielectrice.
Vizualele ceramice din alumină prezintă o durată de viață excepțional de lungă. Transmitanța optică ridicată este avantajul lor principal pentru această aplicație, puritatea ridicată asigură rezistența la gravarea cu plasmă, iar densificarea ridicată reduce pierderile dielectrice, minimizând generarea de căldură în timpul funcționării echipamentului. Deși ceramica translucidă din alumină funcționează bine în rezistența la gravarea cu plasmă, transmisia lor optică rămâne în urmă cu materiale precum cuarțul. În special în mediile de gravare cu plasmă care conțin fluor-, Al reacționează cu F pentru a forma compuși AlxFy, care nu numai că scurtează durata de viață a ceramicii translucide cu alumină, dar prezintă și un risc de contaminare a plachetelor.
Aplicații în ambalarea semiconductorilor
În procesele de ambalare a semiconductorilor, pentru a optimiza eficiența conversiei fotoelectrice a cipurilor LED, sunt impuse standarde mai stricte asupra proprietăților optice și termice ale materialelor de ambalare. Ceramica translucidă din alumină, ca materiale de ambalare, nu numai că îndeplinește roluri duble ca substraturi de susținere și căi de disipare a căldurii, dar, de asemenea, valorificând proprietățile lor optice unice, depășesc în mod eficient problema eficienței luminoase limitate cauzate de căile luminii unidirecționale. Mai exact, folosind transmitanța lor mare, ele sunt folosite ca substraturi transparente și tuburi transparente, permițând luminii generate de cipurile LED să se propage uniform și fără obstacole în toate direcțiile, sporind astfel semnificativ eficiența generală de extracție a luminii a iluminatului LED. În plus, ceramica translucidă din alumină posedă o conductivitate termică excelentă la temperatura camerei-, reducând în mod eficient puterea termică generată în timpul funcționării chipului LED, îmbunătățind și mai mult performanța generală și stabilitatea.
Aplicarea ceramicii translucide din alumină în iluminatul cu LED-uri
În aprilie 2026, Japan Fine Ceramics Co., Ltd. (JFC) a anunțat că a produs un prototip de substrat de alumină translucidă (aproximativ 300 mm²), un produs care se așteaptă să înregistreze o cerere în continuă creștere în ambalajele avansate în cadrul proceselor de fabricație a semiconductorilor.
Acest substrat de alumină translucid este fabricat din alumină de-puritate ridicată (peste 99,99%) și s-a confirmat că posedă trei caracteristici:
Transmitență optică ridicată în intervalul de lungimi de undă din ultraviolete (UV) până la infraroșu (IR).
Rigiditate ridicată echivalentă cu cea a safirului.
Rezistență chimică excelentă.
JFC a indicat că substratul translucid de alumină este probabil să fie aplicat în modulele IGBT pentru ambalarea semiconductoare de mare-putere, iluminare LED, comunicare de înaltă-frecvență (5G/mmWave) și oferă în special noi posibilități pentru câmpuri de comunicații optice, cum ar fi Co-Packaged Optics (CPO), oferind suport pentru aplicații care necesită o conductivitate mecanică/chimică ridicată.
Odată cu proliferarea rapidă a IA generativă, cererea de semiconductori de înaltă{0}}performanță este în continuă creștere. Plachetele transparente de alumină sunt un tip de plachetă suport utilizată pentru fixarea temporară a cipurilor semiconductoare în timpul procesului de integrare a chipletului.
NGK Insulators, Ltd. intenționează să își tripleze capacitatea de producție pentru napolitane transparente de alumină până în anul fiscal 2027 pentru a satisface cererea tot mai mare de integrare a chipleturilor-o tehnologie cheie în domenii avansate, cum ar fi inteligența artificială (AI) și conducerea autonomă. Prin această extindere, Grupul NGK își propune să stabilească un sistem de aprovizionare stabil și se străduiește să atingă vânzări de 20 de miliarde de yeni pe piața-de semiconductori de înaltă performanță până în anul fiscal 2030.
Placa de alumină transparentă utilizează „HICERAM”, un material ceramic translucid de precizie dezvoltat și rafinat de NGK de-a lungul multor ani. „HICERAM” este un material ceramic translucid de precizie pe bază de-alumină de înaltă puritate (Al₂O₃). Prin controlul precis al purității materiei prime, al mărimii granulelor și al proceselor de sinterizare, acest material realizează o bună transluciditate în alumina policristalină, menținând în același timp o densitate ridicată. În comparație cu ceramica tradițională, demonstrează performanțe remarcabile în reducerea porilor și a împrăștierii luminii, permițând astfel un anumit grad de transmisie a luminii, menținând în același timp rezistența structurală.
Pentru a prepara ceramica de alumină translucidă de{0}}performanță înaltă, este necesară pulbere de alumină de-puritate ridicată, cu o puritate de nu mai puțin de 99,99%. Elementele impurități (cum ar fi siliciul și fierul) pot forma centre de împrăștiere la granițele granulelor, reducând grav transmisia și afectând microstructura materialului; astfel, controlul conținutului de impurități din pulbere (cu cât mai mic, cu atât mai bine) este crucial. O altă problemă cheie este dispersabilitatea particulelor de pulbere. Dacă aglomerarea particulelor este severă, chiar și utilizarea materiilor prime cu puritate de 99,99% nu va produce ceramică translucidă calificată. În plus, sunt impuse cerințe stricte cu privire la activitatea de sinterizare a pulberii de alumină.