V rámci ekosystému polovodičového priemyslu tvoria zariadenia na výrobu polovodičov jeho základný pilier a majú kľúčovú pozíciu. Podľa správy SEMI z polovice{1}}roku o celkovom objeme polovodičových zariadení bol zverejnený signál vysokého rastu odvetvia. Údaje ukazujú, že celkový celosvetový predaj zariadení na výrobu polovodičov (OEM) by mal v roku 2026 dosiahnuť 165,9 miliardy USD, čo predstavuje medziročný nárast o 23,2 %-medziročne{6} a predstavuje nový historický rekord. Očakáva sa, že táto dynamika rastu odvetvia bude pokračovať, pričom sa predpokladá, že celosvetový predaj zariadení do roku 2028 presiahne 229,5 miliardy USD, čím sa dosiahne päť po sebe nasledujúcich rokov stabilného rastu.
Táto rýchla expanzia priemyslu posúva zariadenia na výrobu polovodičov smerom k stále -väčšej komplexnosti a presnosti v dizajne a výrobe. V tomto procese zohráva kľúčovú úlohu pri výrobe polovodičov vysokovýkonná-keramika ako kritický komponentný materiál. Výskum a vývoj a výroba- vysokovýkonných keramických komponentov priamo súvisia s robustným vývojom a technologickým pokrokom v dodávateľskom reťazci polovodičov.
Vysoko{0}}výkonné keramické materiály majú vynikajúce komplexné vlastnosti, ako je vysoká pevnosť, vysoká tvrdosť, vysoká odolnosť proti opotrebovaniu, vysoká elektrická izolácia, nízka tepelná rozťažnosť, vysoká odolnosť proti korózii a vysoká chemická stabilita. Pri výrobe polovodičov sa môžu použiť ako komponenty pre zariadenia, ako sú leštiace platne, leštiace podložky, vákuové skľučovadlá, ohrievače a elektrostatické skľučovadlá.
Vysokovýkonné{0}}keramické komponenty pre výrobu polovodičov
Vysoko{0}}výkonné keramické materiály zahŕňajú najmä oxid hlinitý, nitrid hliníka, nitrid kremíka, karbid kremíka atď. Rôzne keramické materiály majú rôzne vlastnosti, čo vedie k rôznym scenárom použitia v oblasti polovodičov. Medzi nimi má keramika z oxidu hlinitého obzvlášť široký rozsah aplikácií v polovodičovom priemysle.
Aplikácie niekoľkých bežných polovodičových-keramiky
Vlastnosti a klasifikácia keramiky z oxidu hlinitého
Keramika z oxidu hlinitého je jedným z nevyhnutných kľúčových izolačných materiálov pre základné zariadenia vo výrobe integrovaných obvodov. Ako postupujú procesy výroby čipov, požiadavky na čistotu a výkon keramiky z oxidu hlinitého sa neustále zvyšujú. Vo všeobecnosti sa keramika z oxidu hlinitého klasifikuje na základe obsahu oxidu hlinitého, pričom sa zvyčajne delí na keramiku z oxidu hlinitého bežného -typu a vysoko{3}}čistého- typu. Bežný-typ možno ďalej rozdeliť podľa obsahu oxidu hlinitého, ako napríklad keramika 75 % oxidu hlinitého, 96 % oxidu hlinitého a 99 % oxidu hlinitého; vysoko{10}}čistota-oxidu hlinitého typu označuje materiály s obsahom oxidu hlinitého vyšším ako 99,9 %.
V súčasnosti je čistota aluminovej keramiky používanej v polovodičových zariadeniach v podstate nad 99,5 %. Keramika z oxidu hlinitého používaná pri leptaní dosahuje čistotu viac ako 99,8 %, dokonca dosahuje stupeň 4N (99,99 %). Tie sa javia ako priehľadné alebo priesvitné, pričom ukazovatele výkonu dosahujú úroveň zafírových monokryštálov. Navyše, vďaka ich jemnozrnnej-štruktúre sú niektoré vlastnosti, ako je pevnosť v ohybe a pevnosť v tlaku, dokonca lepšie ako vlastnosti zafírových monokryštálov.
Kľúčové vlastnosti keramiky z oxidu hlinitého s rôznym obsahom oxidu hlinitého
Aplikácia priesvitnej keramiky z oxidu hlinitého v polovodičoch
Priesvitná keramika z oxidu hlinitého je typom -oxidu hlinitého s vysokou čistotou. Vďaka svojej určitej optickej priepustnosti môžu byť použité ako keramické materiály, ktoré integrujú funkčnú aj štrukturálnu úlohu. Štrukturálne charakteristiky vysokej hustoty a minimálnych pórov a defektov nečistôt znamenajú, že priesvitná keramika z oxidu hlinitého má často lepšie komplexné vlastnosti ako bežná keramika z oxidu hlinitého s vysokou -čistotou. V porovnaní so zafírovými monokryštálmi má priesvitná keramika z oxidu hlinitého výhody v mechanických vlastnostiach a je považovaná za jeden z preferovaných keramických materiálov pre integráciu štruktúry a funkcie.
Aplikácie v polovodičových zariadeniach
Pri výrobe polovodičov je proces leptania kritickým krokom. Konkrétne výber materiálov pre priezory leptacej komory vyžaduje nielen vysokú priepustnosť, ale aj vynikajúcu odolnosť proti korózii. Spočiatku sa bežne používal kremeň. Slabá odolnosť kremeňa proti korózii ho však robí náchylným na poškodenie a zakalenie, čím sa výrazne znižuje jeho životnosť ako zorného poľa. Translucentná keramika z oxidu hlinitého si získala pozornosť vďaka svojej vynikajúcej optickej priepustnosti, vynikajúcej chemickej odolnosti a dielektrickým vlastnostiam.
Keramické priezory z oxidu hlinitého majú mimoriadne dlhú životnosť. Vysoká optická priepustnosť je ich hlavnou výhodou pre túto aplikáciu, vysoká čistota zaisťuje odolnosť voči plazmovému leptaniu a vysoká hustota znižuje dielektrické straty, čím sa minimalizuje tvorba tepla počas prevádzky zariadenia. Hoci priesvitná keramika z oxidu hlinitého má dobrú odolnosť voči plazmovému leptaniu, ich optická priepustnosť stále zaostáva za materiálmi, ako je kremeň. Najmä v prostrediach plazmového leptania s obsahom fluóru- Al reaguje s F za vzniku zlúčenín AlxFy, čo nielen skracuje životnosť priesvitnej keramiky z oxidu hlinitého, ale predstavuje aj riziko kontaminácie plátku.
Aplikácie v balení polovodičov
V procesoch balenia polovodičov sa na optimalizáciu účinnosti fotoelektrickej konverzie LED čipov ukladajú prísnejšie normy na optické a tepelné vlastnosti obalových materiálov. Priesvitná keramika z oxidu hlinitého, ako obalové materiály, neplní len dvojitú úlohu ako podporné substráty a cesty rozptylu tepla, ale využívaním svojich jedinečných optických vlastností tiež účinne prekonáva problém obmedzenej svetelnej účinnosti spôsobenej jednosmernými svetelnými dráhami. Konkrétne, s využitím ich vysokej priepustnosti sa používajú ako priehľadné substráty a priehľadné trubice, ktoré umožňujú svetlu generovanému LED čipmi šíriť sa rovnomerne a bez prekážok vo všetkých smeroch, čím sa výrazne zvyšuje celková účinnosť extrakcie svetla LED osvetlenia. Okrem toho má priesvitná keramika z oxidu hlinitého vynikajúcu tepelnú vodivosť pri izbovej teplote, čím účinne znižuje tepelnú energiu generovanú počas prevádzky čipu LED, čím ďalej zlepšuje celkový výkon a stabilitu.
Aplikácia priesvitnej keramiky z oxidu hlinitého v LED osvetlení
V apríli 2026 spoločnosť Japan Fine Ceramics Co., Ltd. (JFC) oznámila, že vyrobila prototyp priesvitného substrátu z oxidu hlinitého (približne 300 mm²), po ktorom sa očakáva, že dopyt po pokročilom balení v rámci procesov výroby polovodičov bude neustále narastať.
Tento priesvitný substrát z oxidu hlinitého je vyrobený z -oxidu hlinitého s vysokou čistotou (viac ako 99,99 %) a bolo potvrdené, že má tri vlastnosti:
Vysoká optická priepustnosť v ultrafialovom (UV) až infračervenom (IR) rozsahu vlnových dĺžok.
Vysoká tuhosť ekvivalentná zafíru.
Vynikajúca chemická odolnosť.
Spoločnosť JFC uviedla, že priesvitný substrát z oxidu hlinitého sa pravdepodobne použije v moduloch IGBT pre vysoko{0}}výkonové polovodičové obaly, LED osvetlenie, vysokofrekvenčnú{1}}komunikáciu (5G/mmWave) a najmä ponúka nové možnosti pre optické komunikačné polia, ako je Co{3}}Packaged Optics (CPO), poskytujúce podporu pre aplikácie vyžadujúce vysokú tepelnú vodivosť a mechanickú/chemickú stabilitu.
S rýchlym šírením generatívnej umelej inteligencie neustále rastie dopyt po-výkonných polovodičoch. Transparentné doštičky oxidu hlinitého sú typom podporného plátku používaného na dočasné upevnenie polovodičových čipov počas procesu integrácie čipov.
Spoločnosť NGK Insulators, Ltd. plánuje do fiškálneho roku 2027 strojnásobiť svoju výrobnú kapacitu pre priehľadné doštičky oxidu hlinitého, aby uspokojila rastúci dopyt po integrácii čipov-kľúčovej technológie v pokročilých oblastiach, ako je umelá inteligencia (AI) a autonómne riadenie. Prostredníctvom tejto expanzie sa skupina NGK snaží vytvoriť stabilný dodávateľský systém a snaží sa dosiahnuť do fiškálneho roku 2030 tržby vo výške 20 miliárd jenov na trhu vysokovýkonných polovodičov-.
Transparentná doska z oxidu hlinitého využíva „HICERAM“, priesvitný presný keramický materiál vyvinutý a zušľachťovaný spoločnosťou NGK počas mnohých rokov. „HICERAM“ je priesvitný presný keramický materiál na báze oxidu hlinitého s vysokou -čistotou (Al₂O₃). Prostredníctvom presného riadenia čistoty suroviny, veľkosti zŕn a procesov spekania dosahuje tento materiál dobrú priesvitnosť v polykryštalickom oxide hlinitom pri zachovaní vysokej hustoty. V porovnaní s tradičnou keramikou vykazuje vynikajúci výkon pri znižovaní pórov a rozptylu svetla, čím umožňuje určitý stupeň priepustnosti svetla pri zachovaní štrukturálnej pevnosti.
Na prípravu vysoko{0}}výkonnej priesvitnej keramiky z oxidu hlinitého je potrebný-prášok oxidu hlinitého vysokej čistoty s čistotou najmenej 99,99 %. Prvky nečistôt (ako je kremík a železo) môžu vytvárať centrá rozptylu na hraniciach zŕn, čím sa výrazne znižuje priepustnosť a ovplyvňuje mikroštruktúra materiálu; preto je rozhodujúca kontrola obsahu nečistôt v prášku (čím nižší, tým lepšie). Ďalšou kľúčovou otázkou je dispergovateľnosť práškových častíc. Ak je aglomerácia častíc silná, ani použitie surovín s čistotou 99,99 % nezíska kvalifikovanú priesvitnú keramiku. Okrem toho sa kladú prísne požiadavky na spekaciu aktivitu práškového oxidu hlinitého.