В екосистемі напівпровідникової промисловості обладнання для виробництва напівпровідників є її основою та займає ключову позицію. Відповідно до Звіту SEMI про прогноз загального обсягу напівпровідникового обладнання на середину- року, було оприлюднено сигнал про високе зростання галузі. Дані показують, що прогнозується, що загальний глобальний обсяг продажів обладнання для виробництва напівпровідників (OEM) сягне 165,9 мільярдів доларів США у 2026 році, -за-рік зростання на 23,2%, встановивши новий історичний рекорд. Очікується, що ця динаміка зростання галузі триватиме, і прогнозується, що глобальні продажі обладнання перевищать 229,5 мільярдів доларів США до 2028 року, досягнувши стабільного зростання п’ять років поспіль.
Це стрімке розширення галузі спонукає обладнання для виробництва напівпровідників до -більшої складності та точності проектування та виробництва. У цьому процесі високо{2}}кераміка, як найважливіший компонент, відіграє ключову роль у виробництві напівпровідників. Дослідження та розробки та виробництво високопродуктивних керамічних компонентів безпосередньо пов’язані з надійним розвитком і технологічним прогресом ланцюжка постачання напівпровідників.
Високо{0}}керамічні матеріали мають чудові комплексні властивості, такі як висока міцність, висока твердість, висока зносостійкість, висока електроізоляція, низьке теплове розширення, висока стійкість до корозії та висока хімічна стабільність. У виробництві напівпровідників їх можна використовувати як компоненти для такого обладнання, як полірувальні пластини, платформи кондиціонерів для полірувальних подушок, вакуумні патрони, нагрівачі та електростатичні патрони.
Високоефективні-керамічні компоненти для виробництва напівпровідників
Високо{0}}керамічні матеріали включають переважно оксид алюмінію, нітрид алюмінію, нітрид кремнію, карбід кремнію тощо. Різні керамічні матеріали мають різні характеристики, що призводить до різноманітних сценаріїв застосування в галузі напівпровідників. Серед них глиноземна кераміка має особливо широкий спектр застосування в напівпровідниковій промисловості.
Застосування кількох поширених напівпровідникових-керамік
Властивості та класифікація глиноземної кераміки
Глиноземна кераміка є одним із незамінних ключових ізоляційних матеріалів для основного обладнання у виробництві інтегральних схем. У міру розвитку процесів виробництва мікросхем вимоги до чистоти та продуктивності глиноземної кераміки продовжують зростати. Загалом глиноземну кераміку класифікують на основі вмісту глинозему, зазвичай поділяють на кераміку звичайного-типу та високо-чистого-глиноземного типу. Звичайний-тип можна додатково розділити за вмістом глинозему, наприклад 75% глинозему, 96% глинозему та 99% глинозему; глиноземна кераміка високої -чистоти- відноситься до матеріалів із вмістом глинозему понад 99,9%.
В даний час чистота глиноземної кераміки, яка використовується в напівпровідниковому обладнанні, в основному перевищує 99,5%. Глиноземна кераміка, яка використовується для травлення, досягає чистоти понад 99,8%, навіть досягаючи класу 4N (99,99%). Вони виглядають прозорими або напівпрозорими, а показники ефективності досягають рівня монокристалів сапфіра. Крім того, завдяки дрібно{7}}зернистій структурі деякі властивості, як-от міцність на вигин і міцність на стиск, навіть перевищують властивості монокристалів сапфіру.
Основні властивості глиноземної кераміки з різним вмістом глинозему
Застосування напівпрозорої глиноземної кераміки в напівпровідниках
Напівпрозора глиноземна кераміка – це різновид високо-глиноземної кераміки. Завдяки певному оптичному пропусканню їх можна використовувати як керамічні матеріали, які виконують як функціональні, так і структурні ролі. Структурні характеристики високої щільності та мінімальних пор і дефектів домішок означають, що напівпрозора глиноземна кераміка часто має кращі повні властивості, ніж звичайна високо-чиста глиноземна кераміка. Порівняно з монокристалами сапфіру напівпрозора глиноземна кераміка має переваги в механічних властивостях і вважається одним із кращих керамічних матеріалів для інтеграції структури та функції.
Застосування в напівпровідниковій апаратурі
У виробництві напівпровідників процес травлення є критичним етапом. Зокрема, вибір матеріалів для оглядових вікон камери травлення вимагає не тільки високого пропускання, але й чудової стійкості до корозії. Спочатку широко використовувався кварц. Однак слабка стійкість кварцу до корозії робить його схильним до пошкоджень і помутніння, що значно скорочує термін його служби як оглядового вікна. Напівпрозора глиноземна кераміка привернула увагу завдяки чудовому оптичному пропусканню, видатній хімічній стійкості та діелектричним властивостям.
Керамічні вікна з оксиду алюмінію мають надзвичайно тривалий термін служби. Висока оптична пропускна здатність є їх основною перевагою для цього застосування, висока чистота забезпечує стійкість до плазмового травлення, а висока щільність зменшує діелектричні втрати, зводячи до мінімуму виділення тепла під час роботи обладнання. Хоча напівпрозора глиноземна кераміка має хороші показники стійкості до плазмового травлення, її оптичний коефіцієнт пропускання все ще відстає від таких матеріалів, як кварц. Особливо у фтор{3}}вмісних середовищах плазмового травлення Al реагує з F, утворюючи сполуки AlxFy, що не тільки скорочує термін служби напівпрозорої глиноземної кераміки, але й створює ризик забруднення пластини.
Застосування в упаковці напівпровідників
У процесах упаковки напівпровідників, щоб оптимізувати ефективність фотоелектричного перетворення світлодіодних чіпів, до оптичних і теплових властивостей пакувальних матеріалів застосовуються суворіші стандарти. Напівпрозора глиноземна кераміка, як пакувальні матеріали, виконує подвійну роль не лише як опорні підкладки та шляхи розсіювання тепла, але й, використовуючи свої унікальні оптичні властивості, ефективно долає проблему обмеженої світлової ефективності, спричинену односпрямованими шляхами світла. Зокрема, завдяки високому коефіцієнту пропускання вони використовуються як прозорі підкладки та прозорі трубки, що дозволяє рівномірно та безперешкодно поширювати світло, створене світлодіодними чіпами, у всіх напрямках, тим самим значно підвищуючи загальну ефективність відведення світла світлодіодним освітленням. Крім того, напівпрозора глиноземна кераміка має чудову теплопровідність-при кімнатній температурі, ефективно зменшуючи теплову потужність, що виробляється під час роботи світлодіодного чіпа, ще більше покращуючи загальну продуктивність і стабільність.
Застосування напівпрозорої глиноземної кераміки в світлодіодному освітленні
У квітні 2026 року компанія Japan Fine Ceramics Co., Ltd. (JFC) оголосила, що виготовила прототип напівпрозорої підкладки з оксиду алюмінію (приблизно 300 мм²), продукт, який, як очікується, матиме постійно зростаючий попит на передову упаковку в процесах виробництва напівпровідників.
Ця напівпрозора підкладка з оксиду алюмінію виготовлена з -глинозему високої чистоти (понад 99,99%) і, як підтверджено, має три характеристики:
Висока оптична пропускна здатність в діапазоні довжин хвиль від ультрафіолетового (УФ) до інфрачервоного (ІЧ).
Висока жорсткість, еквівалентна жорсткості сапфіру.
Відмінна хімічна стійкість.
JFC зазначив, що напівпрозору підкладку з оксиду алюмінію, ймовірно, використовуватимуть у модулях IGBT для високо-упакування напівпровідників, світлодіодного освітлення, високо-частотного зв’язку (5G/mmWave), і особливо пропонують нові можливості для областей оптичного зв’язку, як-от Co-Packaged Optics (CPO), забезпечуючи підтримку програм, які потребують високої теплопровідності та механічної/хімічної стабільності.
Із швидким розповсюдженням генеративного штучного інтелекту попит на високо-напівпровідники постійно зростає. Прозорі пластини з оксиду алюмінію — це тип опорної пластини, яка використовується для тимчасової фіксації напівпровідникових мікросхем під час процесу інтеграції мікросхем.
NGK Insulators, Ltd. планує потроїти свої виробничі потужності для прозорих пластин оксиду алюмінію до 2027 фінансового року, щоб задовольнити зростаючий попит на інтеграцію чіплетів-, ключову технологію в передових галузях, таких як штучний інтелект (AI) і автономне водіння. Завдяки цьому розширенню група NGK прагне створити стабільну систему постачання та досягти обсягу продажів у 20 мільярдів ієн на високо-ринку напівпровідників до 2030 фінансового року.
У прозорій пластині оксиду алюмінію використовується «HICERAM», напівпрозорий прецизійний керамічний матеріал, розроблений і вдосконалений NGK протягом багатьох років. «HICERAM» — це напівпрозорий прецизійний керамічний матеріал на основі високо-глинозему (Al₂O₃). Завдяки точному контролю чистоти сировини, розміру зерен і процесів спікання цей матеріал досягає гарної напівпрозорості полікристалічного оксиду алюмінію, зберігаючи високу щільність. Порівняно з традиційною керамікою, він демонструє видатну продуктивність у зменшенні пор і розсіюванні світла, завдяки чому забезпечується певний ступінь пропускання світла, зберігаючи структурну міцність.
Для приготування високо-ефективної напівпрозорої глиноземної кераміки потрібен високо-порошок глинозему з чистотою не менше ніж 99,99%. Домішки (такі як кремній і залізо) можуть утворювати центри розсіювання на границях зерен, сильно знижуючи пропускну здатність і впливаючи на мікроструктуру матеріалу; таким чином, контроль вмісту домішок у порошку (чим менше, тим краще) є вирішальним. Іншим ключовим питанням є здатність до диспергування частинок порошку. Якщо агломерація частинок сильна, навіть використання сировини з чистотою 99,99% не дасть якісної напівпрозорої кераміки. Крім того, суворі вимоги висуваються до активності спікання порошку оксиду алюмінію.