Unutar ekosistema poluvodičke industrije, oprema za proizvodnju poluvodiča čini njegov osnovni stub i zauzima ključnu poziciju. Prema Srednjogodišnjem izvještaju o prognozi ukupne poluprovodničke opreme SEMI-ja, objavljen je signal visokog rasta industrije. Podaci pokazuju da se predviđa da će ukupna globalna prodaja opreme za proizvodnju poluvodiča (OEM) dostići 165,9 milijardi dolara u 2026. godini, što je povećanje od 23,2% u odnosu na godinu{5}}u odnosu na{6}}od godine, čime će biti postavljen novi istorijski rekord. Očekuje se da će se ovaj zamah rasta industrije nastaviti, uz predviđanje da će globalna prodaja opreme premašiti 229,5 milijardi dolara do 2028. godine, postižući pet uzastopnih godina stabilnog rasta.
Ova brza ekspanzija industrije pokreće opremu za proizvodnju poluvodiča ka sve-većoj složenosti i preciznosti u dizajnu i proizvodnji. U ovom procesu, keramika visokih{2}}performansi, kao kritična komponenta materijala, igra ključnu ulogu u proizvodnji poluprovodnika. Istraživanje i razvoj i proizvodnja keramičkih komponenti visokih{4}}performansi direktno su povezani sa snažnim razvojem i tehnološkim napretkom lanca nabavke poluvodiča.
Keramički materijali visokih{0}}performansi posjeduju izvrsna sveobuhvatna svojstva, kao što su visoka čvrstoća, visoka tvrdoća, visoka otpornost na habanje, visoka električna izolacija, nisko toplinsko širenje, visoka otpornost na koroziju i visoka kemijska stabilnost. U proizvodnji poluvodiča, mogu se koristiti kao komponente za opremu kao što su ploče za poliranje, platforme za kondicioniranje jastučića za poliranje, vakuumske stezne glave, grijači i elektrostatičke stezne glave.
Keramičke komponente visokih{0}}performansi za proizvodnju poluprovodnika
Keramički materijali visokih{0}}performansi uglavnom uključuju glinicu, aluminijum nitrid, silicijum nitrid, silicijum karbid, itd. Različiti keramički materijali imaju različite karakteristike, što dovodi do različitih scenarija primene u oblasti poluprovodnika. Među njima, aluminijska keramika ima posebno široku primjenu u industriji poluvodiča.
Primjena nekoliko uobičajenih poluprovodničkih -keramika
Svojstva i klasifikacija glinice keramike
Aluminijska keramika je jedan od nezamjenjivih ključnih izolacijskih materijala za jezgro opreme u proizvodnji integriranih kola. Kako procesi proizvodnje čipova napreduju, zahtjevi za čistoćom i performansama za aluminijsku keramiku nastavljaju da eskaliraju. Općenito, keramika od aluminijevog oksida se klasifikuje na osnovu sadržaja glinice, tipično se dijeli na običnu-tip i keramiku visoke{3}}čistoće- glinice. Obični- tip se dalje može podijeliti prema sadržaju glinice, kao što je 75% glinice, 96% glinice i 99% glinice keramike; Keramika glinice visoke -čistoće- odnosi se na materijale sa sadržajem glinice većim od 99,9%.
Trenutno je čistoća aluminijske keramike koja se koristi u poluvodičkoj opremi u osnovi iznad 99,5%. Keramika od glinice koja se koristi u aplikacijama jetkanja dostiže čistoću od preko 99,8%, čak i do 4N stepena (99,99%). Oni izgledaju providni ili prozirni, sa pokazateljima performansi koji dostižu nivo safirnih monokristala. Štaviše, zbog njihove fino-zrnate strukture, neka svojstva kao što su čvrstoća na savijanje i čvrstoća na pritisak su čak i superiornija od onih monokristala safira.
Ključna svojstva glinice keramike s različitim sadržajem glinice
Primjena prozirne glinice keramike u poluvodičima
Prozirna keramika od aluminijevog oksida je vrsta aluminijske keramike{0}}visoke čistoće. Zbog svoje određene optičke propusnosti, mogu se koristiti kao keramički materijali koji integriraju funkcionalnu i strukturnu ulogu. Strukturne karakteristike visoke gustoće i minimalnih pora i defekata nečistoća znače da prozirna keramika od aluminijevog oksida često posjeduje bolja sveobuhvatna svojstva od obične keramike visoke -aluminijske čistoće. U poređenju sa monokristalima safira, prozirna aluminijska keramika ima prednosti u mehaničkim svojstvima i smatra se jednim od poželjnih keramičkih materijala za integraciju strukture i funkcije.
Primjena u poluvodičkoj opremi
U proizvodnji poluprovodnika, proces jetkanja je kritičan korak. Konkretno, odabir materijala za prozore u komori za graviranje zahtijeva ne samo visoku propusnost već i odličnu otpornost na koroziju. U početku je kvarc bio uobičajeno korišten. Međutim, slaba otpornost kvarca na koroziju čini ga podložnim oštećenju i zamagljivanju, što značajno smanjuje njegov vijek trajanja kao okvira za pregled. Translucentna aluminijska keramika je privukla pažnju zbog svoje izvrsne optičke propusnosti, izvanredne hemijske otpornosti i dielektričnih svojstava.
Aluminijum keramički prozori za prikaz pokazuju izuzetno dug radni vek. Visoka optička propusnost je njihova osnovna prednost za ovu primjenu, visoka čistoća osigurava otpornost na plazma jetkanje, a visoka gustoća smanjuje dielektrične gubitke, minimizirajući stvaranje topline tokom rada opreme. Iako prozirna aluminijska keramika ima dobre rezultate u otpornosti na plazma jetkanje, njihova optička propusnost i dalje zaostaje za materijalima poput kvarca. Naročito u okruženjima za jetkanje plazmom koja sadrži fluor-, Al reaguje sa F da bi formirala jedinjenja AlxFy, koja ne samo da skraćuju životni vek prozirne aluminijumske keramike, već takođe predstavljaju rizik od kontaminacije pločica.
Primjena u ambalaži poluvodiča
U procesima pakovanja poluprovodnika, da bi se optimizovala efikasnost fotoelektrične konverzije LED čipova, nameću se stroži standardi za optička i termička svojstva materijala za pakovanje. Prozirna aluminijska keramika, kao materijal za pakovanje, ne samo da ima dvostruku ulogu kao potporne podloge i putevi za disipaciju toplote, već takođe, koristeći svoja jedinstvena optička svojstva, efikasno prevazilazi problem ograničene svetlosne efikasnosti uzrokovane jednosmernim svetlosnim putevima. Konkretno, koristeći svoju visoku propusnost, koriste se kao prozirne podloge i prozirne cijevi, omogućavajući svjetlosti koju generiraju LED čipovi da se ravnomjerno i neometano širi u svim smjerovima, čime se značajno povećava ukupna efikasnost ekstrakcije svjetlosti LED rasvjete. Nadalje, prozirna aluminijska keramika posjeduje odličnu toplotnu provodljivost pri sobnoj{3}}temperaturi, efektivno smanjuje toplotnu snagu koja se stvara tokom rada LED čipa, dodatno poboljšavajući ukupne performanse i stabilnost.
Primjena prozirne aluminijske keramike u LED rasvjeti
U travnju 2026. Japan Fine Ceramics Co., Ltd. (JFC) je objavio da je proizveo prototip prozirne aluminijske podloge (otprilike 300 mm²), za proizvod za koji se očekuje da će imati kontinuirano rastuću potražnju za naprednim pakovanjem unutar procesa proizvodnje poluvodiča.
Ova prozirna podloga od glinice napravljena je od glinice visoke{0}}čistoće (preko 99,99%) i potvrđeno je da posjeduje tri karakteristike:
Visoka optička propusnost preko ultraljubičastog (UV) do infracrvenog (IR) opsega talasnih dužina.
Visoka krutost ekvivalentna onoj od safira.
Odlična hemijska otpornost.
JFC je naznačio da će se prozirna podloga od glinice vjerovatno primjenjivati u IGBT modulima za visoko-poluprovodnička pakovanja, LED rasvjetu, visoko-komunikaciju visoke -frekvencije (5G/mmWave), a posebno nudi nove mogućnosti za optička komunikacijska polja kao što je Co{3}}Pakovana optika za mehaničku provodljivost (CPO) i visoku mehaničku provodljivost (CPO).
Uz brzu proliferaciju generativne umjetne inteligencije, potražnja za poluvodičima visokih{0}}performansi stalno raste. Prozirne pločice od aluminijuma su vrsta noseće pločice koja se koristi za privremeno fiksiranje poluprovodničkih čipova tokom procesa integracije čipleta.
NGK Insulators, Ltd. planira utrostručiti svoj proizvodni kapacitet za prozirne aluminijske pločice do fiskalne 2027. kako bi zadovoljio rastuću potražnju za integracijom čipleta-ključnom tehnologijom u naprednim poljima kao što su umjetna inteligencija (AI) i autonomna vožnja. Kroz ovu ekspanziju, NGK Grupa ima za cilj uspostaviti stabilan sistem snabdijevanja i nastoji postići prodaju od 20 milijardi jena na tržištu poluvodiča visokih{5}}učinaka do fiskalne 2030. godine.
Prozirna ploča od aluminijuma koristi "HICERAM", prozirni, precizni keramički materijal koji je NGK razvijao i usavršavao tokom mnogo godina. "HICERAM" je proziran, precizni keramički materijal na bazi glinice visoke - čistoće (Al₂O₃). Kroz preciznu kontrolu čistoće sirovog materijala, veličine zrna i procesa sinterovanja, ovaj materijal postiže dobru prozirnost u polikristalnoj glinici uz održavanje visoke gustine. U poređenju sa tradicionalnom keramikom, pokazuje izvanredne performanse u smanjenju pora i raspršivanja svjetlosti, čime se omogućava određeni stupanj prijenosa svjetlosti uz zadržavanje čvrstoće strukture.
Za pripremu visoko{0}}prozirne aluminijske keramike visokog učinka, potreban je prah od glinice visoke -čistoće čistoće ne manje od 99,99%. Elementi nečistoća (kao što su silicijum i gvožđe) mogu formirati centre raspršivanja na granicama zrna, ozbiljno smanjujući propusnost i utičući na mikrostrukturu materijala; stoga je kontrola sadržaja nečistoća u prahu (što je manji, to bolji) ključna. Drugo ključno pitanje je disperzibilnost čestica praha. Ako je aglomeracija čestica ozbiljna, čak i korištenje sirovina čistoće od 99,99% neće dati kvalifikovanu prozirnu keramiku. Dodatno, postavljaju se strogi zahtjevi na aktivnost sinteriranja praha glinice.