Pusvadītāju nozares ekosistēmā pusvadītāju ražošanas iekārtas veido tā galveno pīlāru un ieņem galveno vietu. Saskaņā ar SEMI gada vidus{1}}pusvadītāju iekārtu kopējās prognozes ziņojumu ir izlaists signāls par augstu nozares izaugsmi. Dati liecina, ka tiek prognozēts, ka pusvadītāju ražošanas iekārtu (OEM) kopējais pārdošanas apjoms pasaulē 2026. gadā sasniegs 165,9 miljardus ASV dolāru, kas ir par 23,2% vairāk nekā iepriekšējā gadā, sasniedzot jaunu vēsturisku rekordu. Paredzams, ka šis nozares izaugsmes temps turpināsies, un tiek prognozēts, ka pasaules iekārtu pārdošanas apjoms līdz 2028. gadam pārsniegs 229,5 miljardus ASV dolāru, panākot piecus gadus pēc kārtas stabilu izaugsmi.
Šī straujā nozares paplašināšanās virza pusvadītāju ražošanas iekārtas uz arvien sarežģītāku un precīzāku projektēšanu un ražošanu. Šajā procesā augstas veiktspējas{2}}keramika kā būtisks komponentu materiāls spēlē galveno lomu pusvadītāju ražošanā. Augstas veiktspējas keramikas komponentu pētniecība, izstrāde un ražošana ir tieši saistīta ar pusvadītāju piegādes ķēdes spēcīgo attīstību un tehnoloģisko attīstību.
Augstas veiktspējas{0}}keramikas materiāliem ir lieliskas visaptverošas īpašības, piemēram, augsta izturība, augsta cietība, augsta nodilumizturība, augsta elektriskā izolācija, zema termiskā izplešanās, augsta izturība pret koroziju un augsta ķīmiskā stabilitāte. Pusvadītāju ražošanā tos var izmantot kā komponentus iekārtām, piemēram, pulēšanas plāksnēm, pulēšanas paliktņu kondicionēšanas platformām, vakuuma patronām, sildītājiem un elektrostatiskajām patronām.
Augstas veiktspējas{0}}keramikas komponenti pusvadītāju ražošanai
Augstas veiktspējas{0}}keramikas materiāli galvenokārt ir alumīnija oksīds, alumīnija nitrīds, silīcija nitrīds, silīcija karbīds uc Starp tiem alumīnija oksīda keramikai ir īpaši plašs pielietojums pusvadītāju rūpniecībā.
Vairāku izplatītu pusvadītāju{0}}klases keramikas pielietojumi
Alumīnija oksīda keramikas īpašības un klasifikācija
Alumīnija oksīda keramika ir viens no neaizstājamiem galvenajiem izolācijas materiāliem integrālo shēmu ražošanā. Attīstoties mikroshēmu ražošanas procesiem, alumīnija oksīda keramikas tīrības un veiktspējas prasības turpina pieaugt. Parasti alumīnija oksīda keramikas izstrādājumus klasificē pēc alumīnija oksīda satura, parasti iedala parastajā-tipa un augstas-tīrības-tipa alumīnija oksīda keramikā. Parasto{6}}tipu var sīkāk iedalīt pēc alumīnija oksīda satura, piemēram, 75% alumīnija oksīda, 96% alumīnija oksīda un 99% alumīnija oksīda keramikas; augstas{10}}tīrības-tipa alumīnija oksīda keramika attiecas uz materiāliem, kuru alumīnija oksīda saturs pārsniedz 99,9%.
Pašlaik pusvadītāju iekārtās izmantotās alumīnija oksīda keramikas tīrība pamatā ir virs 99,5%. Alumīnija oksīda keramika, ko izmanto kodināšanā, sasniedz tīrību virs 99,8%, pat sasniedzot 4N pakāpi (99,99%). Tie šķiet caurspīdīgi vai caurspīdīgi, un darbības rādītāji sasniedz safīra monokristālu līmeni. Turklāt, ņemot vērā to smalko-graudaino struktūru, dažas īpašības, piemēram, lieces izturība un spiedes izturība, ir pat labākas nekā safīra monokristāliem.
Galvenās alumīnija oksīda keramikas īpašības ar dažādu alumīnija oksīda saturu
Caurspīdīgas alumīnija oksīda keramikas pielietojums pusvadītājos
Caurspīdīgā alumīnija oksīda keramika ir augstas{0}}tīrības pakāpes alumīnija oksīda keramika. Pateicoties noteiktajai optiskajai caurlaidībai, tos var izmantot kā keramikas materiālus, kas integrē gan funkcionālās, gan strukturālās lomas. Augsta blīvuma un minimālu poru un piemaisījumu defektu strukturālās īpašības nozīmē, ka caurspīdīgai alumīnija oksīda keramikai bieži ir izcilākas visaptverošas īpašības nekā parastajai augstas -tīrības pakāpes alumīnija oksīda keramikai. Salīdzinot ar safīra monokristāliem, caurspīdīgai alumīnija oksīda keramikai ir priekšrocības mehānisko īpašību ziņā, un to uzskata par vienu no vēlamajiem keramikas materiāliem struktūras un funkciju integrēšanai.
Pielietojums pusvadītāju iekārtās
Pusvadītāju ražošanā kodināšanas process ir būtisks solis. Konkrēti, materiālu izvēlei kodināšanas kameras skata logiem ir nepieciešama ne tikai augsta caurlaidība, bet arī lieliska izturība pret koroziju. Sākotnēji parasti tika izmantots kvarcs. Tomēr kvarca vājā izturība pret koroziju padara to pakļautu bojājumiem un duļķainiem, ievērojami samazinot tā kā skata loga kalpošanas laiku. Caurspīdīgā alumīnija oksīda keramika ir izpelnījusies uzmanību tās lieliskās optiskās caurlaidības, izcilās ķīmiskās izturības un dielektrisko īpašību dēļ.
Alumīnija oksīda keramikas skata logiem ir ārkārtīgi ilgs kalpošanas laiks. Augsta optiskā caurlaidība ir to galvenā priekšrocība šim lietojumam, augsta tīrība nodrošina izturību pret plazmas kodināšanu, un augsts blīvums samazina dielektriskos zudumus, samazinot siltuma veidošanos iekārtas darbības laikā. Lai gan caurspīdīgā alumīnija oksīda keramika labi darbojas plazmas kodināšanas pretestībā, to optiskā caurlaidība joprojām atpaliek no tādiem materiāliem kā kvarcs. Īpaši fluoru -saturošā plazmas kodināšanas vidē Al reaģē ar F, veidojot AlxFy savienojumus, kas ne tikai saīsina caurspīdīgās alumīnija oksīda keramikas kalpošanas laiku, bet arī rada plāksnīšu piesārņojuma risku.
Pielietojumi pusvadītāju iepakojumā
Pusvadītāju iepakošanas procesos, lai optimizētu LED mikroshēmu fotoelektriskās konversijas efektivitāti, iepakojuma materiālu optiskajām un termiskajām īpašībām tiek noteikti stingrāki standarti. Caurspīdīga alumīnija oksīda keramika kā iepakojuma materiāli pilda ne tikai divējādas funkcijas kā atbalsta substrāti un siltuma izkliedes ceļi, bet arī, izmantojot to unikālās optiskās īpašības, efektīvi pārvar problēmu par ierobežoto gaismas efektivitāti, ko izraisa vienvirziena gaismas ceļi. Konkrēti, izmantojot to augsto caurlaidību, tie tiek izmantoti kā caurspīdīgi substrāti un caurspīdīgas caurules, kas ļauj LED mikroshēmu radītajai gaismai vienmērīgi un netraucēti izplatīties visos virzienos, tādējādi ievērojami uzlabojot LED apgaismojuma kopējo gaismas ieguves efektivitāti. Turklāt caurspīdīgajai alumīnija oksīda keramikai ir lieliska siltumvadītspēja istabas temperatūrā{3}, kas efektīvi samazina LED mikroshēmas darbības laikā ģenerēto siltuma jaudu, vēl vairāk uzlabojot vispārējo veiktspēju un stabilitāti.
Caurspīdīgas alumīnija oksīda keramikas pielietojums LED apgaismojumā
2026. gada aprīlī Japan Fine Ceramics Co., Ltd. (JFC) paziņoja, ka ir izgatavojis caurspīdīga alumīnija oksīda substrāta prototipu (aptuveni 300 mm²) — produktam, pēc kura pusvadītāju ražošanas procesos ir paredzēts nepārtraukti pieaugt pieprasījums pēc uzlabotā iepakojuma.
Šis caurspīdīgais alumīnija oksīda substrāts ir izgatavots no augstas -tīrības pakāpes alumīnija oksīda (vairāk nekā 99,99%), un ir apstiprināts, ka tam piemīt trīs īpašības:
Augsta optiskā caurlaidība ultravioletā (UV) līdz infrasarkanajā (IR) viļņu garuma diapazonā.
Augsta stingrība, kas līdzvērtīga safīra stingrībai.
Lieliska ķīmiskā izturība.
JFC norādīja, ka caurspīdīgo alumīnija oksīda substrātu, visticamāk, izmantos IGBT moduļos lieljaudas pusvadītāju iepakošanai, LED apgaismojumam, augstas-frekvences saziņai (5G/mmWave), un jo īpaši piedāvā jaunas iespējas optisko sakaru jomās, piemēram, Co-Packaged Optics (CPO), nodrošinot augstu siltumvadītspējas atbalstu lietojumprogrammām.
Strauji izplatoties ģeneratīvajam AI, pieprasījums pēc augstas veiktspējas{0}}pusvadītājiem nepārtraukti pieaug. Caurspīdīgās alumīnija oksīda plāksnes ir atbalsta plāksnītes, ko izmanto pusvadītāju mikroshēmu īslaicīgai fiksēšanai mikroshēmu integrācijas procesā.
NGK Insulators, Ltd. plāno trīskāršot savu caurspīdīgo alumīnija oksīda plākšņu ražošanas jaudu līdz 2027. gada finanšu gadam, lai apmierinātu pieaugošo pieprasījumu pēc mikroshēmu integrācijas -galvenās tehnoloģijas tādās progresīvās jomās kā mākslīgais intelekts (AI) un autonomā braukšana. Pateicoties šai paplašināšanai, NGK grupas mērķis ir izveidot stabilu piegādes sistēmu un līdz 2030. gada finanšu gadam sasniegt 20 miljardu jenu pārdošanas apjomu augstas veiktspējas pusvadītāju tirgū.
Caurspīdīgajā alumīnija oksīda plāksnē ir izmantots "HICERAM" - caurspīdīgs, precīzs keramikas materiāls, ko daudzus gadus izstrādājis un pilnveidojis NGK. "HICERAM" ir caurspīdīgs, precīzs keramikas materiāls, kura pamatā ir augstas -tīrības pakāpes alumīnija oksīds (Al₂O₃). Precīzi kontrolējot izejvielu tīrību, graudu izmēru un saķepināšanas procesus, šis materiāls nodrošina labu polikristāliskā alumīnija oksīda caurspīdīgumu, vienlaikus saglabājot augstu blīvumu. Salīdzinot ar tradicionālo keramiku, tas demonstrē izcilu veiktspēju, samazinot poras un gaismas izkliedi, tādējādi nodrošinot noteiktu gaismas caurlaidības pakāpi, vienlaikus saglabājot struktūras izturību.
Lai sagatavotu augstas veiktspējas{0}}caurspīdīgo alumīnija oksīda keramiku, ir nepieciešams augstas-tīrības alumīnija oksīda pulveris, kura tīrība nav mazāka par 99,99%. Piemaisījumu elementi (piemēram, silīcijs un dzelzs) var veidot izkliedes centrus pie graudu robežām, ievērojami samazinot caurlaidību un ietekmējot materiāla mikrostruktūru; tāpēc ļoti svarīgi ir kontrolēt piemaisījumu saturu pulverī (jo mazāks, jo labāk). Vēl viens svarīgs jautājums ir pulvera daļiņu izkliedējamība. Ja daļiņu aglomerācija ir spēcīga, pat izmantojot 99,99% tīrības izejvielas, netiks iegūta kvalitatīva caurspīdīga keramika. Turklāt alumīnija oksīda pulvera saķepināšanas darbībai tiek izvirzītas stingras prasības.