Унутар екосистема индустрије полупроводника, опрема за производњу полупроводника чини њен основни стуб и заузима централну позицију. Према СЕМИ-јевом средње{1}}годишњем извештају о прогнозама укупне полупроводничке опреме, објављен је сигнал високог раста индустрије. Подаци показују да се предвиђа да ће укупна глобална продаја опреме за производњу полупроводника (ОЕМ) достићи 165,9 милијарди долара у 2026. години, -у односу на{6}}годишњи пораст од 23,2%, постављајући нови историјски рекорд. Очекује се да ће се овај замах раста индустрије наставити, уз предвиђање да ће глобална продаја опреме премашити 229,5 милијарди долара до 2028. године, постижући пет узастопних година стабилног раста.
Ова брза експанзија индустрије покреће опрему за производњу полупроводника ка све-већој сложености и прецизности у дизајну и производњи. У овом процесу, керамика-високих перформанси, као материјал од кључне компоненте, игра кључну улогу у производњи полупроводника. Истраживање и развој и производња керамичких компоненти-високих перформанси директно су повезани са снажним развојем и технолошким напретком ланца снабдевања полупроводницима.
Керамички материјали-високих перформанси поседују одлична свеобухватна својства, као што су висока чврстоћа, висока тврдоћа, висока отпорност на хабање, висока електрична изолација, ниско топлотно ширење, висока отпорност на корозију и висока хемијска стабилност. У производњи полупроводника, могу се користити као компоненте за опрему као што су плоче за полирање, платформе за кондиционирање јастучића за полирање, вакуумске стезне главе, грејачи и електростатичке стезне главе.
Керамичке компоненте високих{0}}перформанси за производњу полупроводника
Керамички материјали{0}}високих перформанси углавном укључују глиницу, алуминијум нитрид, силицијум нитрид, силицијум карбид итд. Различити керамички материјали имају различите карактеристике, што доводи до различитих сценарија примене у области полупроводника. Међу њима, керамика од алуминијума има посебно широк спектар примене у индустрији полупроводника.
Примене неколико уобичајених полупроводничких{0}}керамика
Особине и класификација керамике од глинице
Алуминијумска керамика је један од незаменљивих кључних изолационих материјала за језгро опреме у производњи интегрисаних кола. Како процеси производње чипова напредују, захтеви за чистоћом и перформансама за алуминијумску керамику настављају да ескалирају. Уопштено, керамика од глинице се класификује на основу садржаја глинице, обично се дели на обичне-типове и керамике високе{3}}чистоће- типа глинице. Обични- тип се даље може поделити према садржају глинице, као што је 75% глинице, 96% глинице и 99% глинице керамике; Керамика глинице високе -чистоће- односи се на материјале са садржајем глинице већим од 99,9%.
Тренутно је чистоћа алуминијумске керамике која се користи у полупроводничкој опреми у основи изнад 99,5%. Керамика од глинице која се користи у апликацијама за јеткање достиже чистоћу од преко 99,8%, чак и до 4Н степена (99,99%). Они изгледају провидни или провидни, са индикаторима учинка који достижу ниво сафирних монокристала. Штавише, због њихове фино-зрнасте структуре, нека својства као што су чврстоћа на савијање и чврстоћа на притисак су чак и супериорнија од оних монокристала сафира.
Кључна својства глинице керамике са различитим садржајем глинице
Примена транслуцентне глинице керамике у полупроводницима
Прозирна керамика од алуминијума је врста керамике високе{0}}чистоће глинице. Због своје одређене оптичке пропусности, могу се користити као керамички материјали који интегришу и функционалну и структурну улогу. Структурне карактеристике високе густине и минималних пора и дефеката нечистоћа значе да провидна керамика од алуминијума често поседује боља свеобухватна својства од обичне керамике високе -алуминијумске чистоће. У поређењу са монокристалима сафира, провидна алуминијумска керамика има предности у механичким својствима и сматра се једним од пожељних керамичких материјала за интеграцију структуре и функције.
Примене у полупроводничкој опреми
У производњи полупроводника, процес јеткања је критичан корак. Конкретно, избор материјала за прозоре у комори за нагризање захтева не само високу пропусност већ и одличну отпорност на корозију. У почетку се обично користио кварц. Међутим, слаба отпорност кварца на корозију чини га подложним оштећењу и замућењу, што значајно смањује његов радни век као прозора за приказ. Транслуцентна керамика од алуминијума је привукла пажњу због своје одличне оптичке пропусности, изузетне хемијске отпорности и диелектричних својстава.
Алуминијум керамички прозори за приказ показују изузетно дуг радни век. Висока оптичка пропусност је њихова основна предност за ову примену, висока чистоћа обезбеђује отпорност на нагризање плазме, а висока густоћа смањује диелектричне губитке, минимизирајући стварање топлоте током рада опреме. Иако прозирна керамика од алуминијума има добре резултате у отпорности на јеткање плазмом, њихова оптичка пропусност и даље заостаје за материјалима као што је кварц. Нарочито у срединама за јеткање плазме које садрже флуор-, Ал реагује са Ф да би формирала једињења АлкФи, која не само да скраћују век трајања провидне керамике од алуминијума, већ представља и ризик од контаминације плочице.
Примене у амбалажи полупроводника
У процесима паковања полупроводника, да би се оптимизовала ефикасност фотоелектричне конверзије ЛЕД чипова, намећу се строжи стандарди за оптичка и термичка својства материјала за паковање. Прозирна алуминијумска керамика, као материјал за паковање, не само да има двоструку улогу као потпорне подлоге и путеви за дисипацију топлоте, већ такође, користећи своја јединствена оптичка својства, ефикасно превазилази проблем ограничене светлосне ефикасности узроковане једносмерним светлосним путевима. Конкретно, користећи своју високу пропусност, они се користе као провидне подлоге и провидне цеви, омогућавајући светлости коју генеришу ЛЕД чипови да се шири равномерно и неометано у свим правцима, чиме се значајно повећава укупна ефикасност екстракције светлости ЛЕД осветљења. Штавише, провидна алуминијумска керамика поседује одличну топлотну проводљивост при собној{3}}температури, ефикасно смањује топлотну снагу која се ствара током рада ЛЕД чипа, додатно побољшавајући укупне перформансе и стабилност.
Примена Транслуцент Алумина керамике у ЛЕД осветљењу
У априлу 2026., Јапан Фине Церамицс Цо., Лтд. (ЈФЦ) је објавио да је произвео прототип прозирног алуминијумског супстрата (приближно 300 мм²), за производ за који се очекује да ће имати континуирано растућу потражњу за напредним паковањем у оквиру производних процеса полупроводника.
Овај провидни супстрат од алуминијума је направљен од глинице високе{0}}чистоће (преко 99,99%) и потврђено је да поседује три карактеристике:
Висока оптичка пропусност преко ултраљубичастог (УВ) до инфрацрвеног (ИР) опсега таласних дужина.
Висока крутост еквивалентна оној од сафира.
Одлична хемијска отпорност.
ЈФЦ је назначио да ће се провидни супстрат од алуминијума вероватно примењивати у ИГБТ модулима за високо{0}}полупроводничка амбалажа, ЛЕД осветљење, високо-комуникацију (5Г/ммВаве), а посебно нуди нове могућности за оптичка комуникациона поља као што је Цо{3}}пакована оптика за механичку проводљивост (ЦПО), високу механичку проводљивост (ЦПО).
Уз брзу пролиферацију генеративне вештачке интелигенције, потражња за полупроводницима високих{0}}перформанси стално расте. Прозирне плочице од алуминијума су врста носеће плочице која се користи за привремено фиксирање полупроводничких чипова током процеса интеграције чипта.
НГК Инсулаторс, Лтд. планира да утростручи свој производни капацитет за провидне плочице од алуминијума до фискалне 2027. како би задовољио растућу потражњу за интеграцијом чиплета-кључном технологијом у напредним областима као што су вештачка интелигенција (АИ) и аутономна вожња. Кроз ову експанзију, НГК Група има за циљ да успостави стабилан систем снабдевања и настоји да постигне продају од 20 милијарди јена на тржишту полупроводника високих{5}}учинака до фискалне 2030. године.
Транспарентна плоча од алуминијума користи "ХИЦЕРАМ", провидни прецизни керамички материјал који је НГК развијао и усавршавао током много година. „ХИЦЕРАМ“ је провидни прецизни керамички материјал на бази глинице високе - чистоће (Ал₂О₃). Кроз прецизну контролу чистоће сировог материјала, величине зрна и процеса синтеровања, овај материјал постиже добру прозрачност у поликристалној глиници уз одржавање високе густине. У поређењу са традиционалном керамиком, показује изванредне перформансе у смањењу пора и расипања светлости, омогућавајући на тај начин одређени степен преноса светлости уз задржавање чврстоће структуре.
За припрему прозирне глинице високог учинка-потребан је прах од глинице високог{1}} чистоће не мање од 99,99%. Елементи нечистоћа (као што су силицијум и гвожђе) могу да формирају центре расејања на границама зрна, озбиљно смањујући пропустљивост и утичу на микроструктуру материјала; стога је контрола садржаја нечистоћа у праху (што је мањи, то бољи) кључна. Друго кључно питање је дисперзибилност честица праха. Ако је агломерација честица озбиљна, чак и коришћење сировина чистоће од 99,99% неће дати квалификовану провидну керамику. Поред тога, постављају се строги захтеви за активност синтеровања праха глинице.