الإلكترونيات وأشباه الموصلات

تلعب مواد السيراميك المتقدمة (مثل الألومينا والزركونيا وكربيد السيليكون) دورًا رئيسيًا في الصناعات الإلكترونية وأشباه الموصلات. إن صلابتها العالية ، ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية ، ومقاومتها للتآكل تجعلها مواد لا غنى عنها لتصنيع الدقة.

تحتوي كل من الألومينا (alina) ، والزركونيا (ZrO₂) ، وكربيد السليكون (SiC) على تطبيقات فريدة في صناعات الإلكترونيات وأشباه الموصلات. فيما يلي تحليل مفصل لتطبيقاتها المحددة وخصائصها التقنية.

سيراميك الألوميناتعتبر مادة رئيسية في صناعات الإلكترونيات وأشباه الموصلات بسبب نقاوتها العالية ، ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية ، وخصائص العزل الممتازة. تستخدم على نطاق واسع في مكونات المعدات ، ركائز التعبئة والتغليف ، وخطوات العملية.

1. المكونات الأساسية لمعدات تصنيع أشباه الموصلات

حماية معدات الحفر.

• يستخدم سيراميك الألومينا عالي النقاء (النقاء ≥ 99.9 ٪) لبطانات الحجرة وفوهات الغاز. إنه يقاوم التأثيرات شديدة التآكل للبلازما القائمة على الفلورين ، ويمدد دورات صيانة المعدات من ستة أشهر إلى خمس سنوات. كما يقلل هيكلها النانوي البلوري من تآكل الجسيمات إلى 1/20 من البطانات الفولاذية العادية.

• ظرف فراغ:خراطيش سيراميك الألوميناتستخدم بنية مسامية لتحقيق تثبيت رقاقة عالي الدقة ، ومنع تلوث المعادن وهي مناسبة لعمليات مثل التلميع و cmp.
• ذراع آلي: وسادات القابض من السيراميك مقاومة للحرارة ومقاومة للاهتراء ، مما يتيح التعامل الدقيق مع الرقاقات في بيئة فراغية ، مع إمكانية التحكم في خشونة السطح إلى Ra> 0.1 نانومتر.
• حامل الرقاقات: يحتوي ناقل الألومينا على موصلية حرارية تتراوح بين 20 و 30 واط/(m · K) ، والتي تبدد الحرارة بسرعة من الرقاقة وتمنع التلف الحراري.

• أنابيب سيراميك الألومينا(معامل التمدد الحراري 4.5 × 10 نقد/ك) يُستخدم في أفران الانتشار وأفران التلدين. يمكن أن تعمل بشكل مستمر عند 1300 درجة مئوية لمدة خمس سنوات دون تشوه ، مما يمنع تشقق الإجهاد الحراري للرقاقة.

• ركائز سيراميك الألومينا(الموصلية الحرارية 20-30 K · K) تقلل درجة حرارة تقاطع وحدات IGBT بمقدار 30 درجة مئوية من خلال تصميم التوصيل الحراري الاتجاهي ، وتمديد عمرها الافتراضي ثلاث مرات.

• مكثفات السيراميك متعددة الطبقات (MLCCs): تتميز سيراميك الألومينا بثابت عزل منخفض (9.4) وقوة عزل 15 كيلو فولت/مم ، مما يدعم تصغير أجهزة 5 جم.
• عبوة LTCC/HTCC: تستخدم في التغليف ثلاثي الأبعاد لتحسين تكامل الرقاقة وموثوقيتها.

خزف الزركونيا(ZrO₂) لديها مجموعة واسعة من التطبيقات الحرجة في صناعات الإلكترونيات وأشباه الموصلات بسبب خصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة. فيما يلي تطبيقاتها الخاصة والتفاصيل الفنية:

1. المكونات الرئيسية لمعدات تصنيع أشباه الموصلات
معدات النقش والرسب

• أنابيب سيراميك الزركونيا: يستخدم في غرف حفر الرقاقات ، معامل التمدد الحراري الخاص بها هو 1\ 8 فقط من الفولاذ المقاوم للصدأ (3.2 × 10 6000/درجة مئوية) ، مع تشوه أقل من 1.5μm عند 1600 درجة مئوية ، مما يحسن إنتاجية الرقاقات بنسبة 1.8 ٪.
• مكونات غرفة التفريغ: المقاومة الكيميائية لسيرامكس الزركونيا تقاوم تآكل بلازما الكلوريد ، مما يحافظ على تلوث أيون المعادن أقل من 0.08ppm.

• شفرات سيراميك الزركونيا: تستخدم لتقطيع الويفر ، فهي توفر عمر خمس مرات من شفرات الماس وتزيل التلوث المعدني.
• فكي الزركونيا: مع خشونة السطح من Ra 0.02μm ، فإنها تمنع خدوش رقاقة وتزيد من توافر المعدات إلى 99.1 ٪.

• أجهزة استشعار الأكسجين. باستخدام الموصلية الأيونية للأكسجين من الزركونيا في درجات حرارة عالية ، يتم استخدام هذه المجسات لرصد غاز عادم السيارات وتحليل الغاز الصناعي ، مع زمن استجابة أقل من 0.1 ثانية.
• موصلات الألياف البصرية: تستخدم زركونيا عالية المتانة لموصلات الألياف البصرية ، مع عمر توصيل/توصيل إضافي يتجاوز 100000 دورة.
• مكونات كهرضغطية. يمكن استخدام الزركونيا المثبتة على الإيتريوم (YSZ) لتصنيع أجهزة كهرضغطية مثل المذبذبات فوق الصوتية والوزارات ، مع استقرار تردد ± 0.01 ٪.
• ركائز الدوائر المتكاملة.ركائز سيراميك الزركونيالديها ثابت عازل 25 وقوة عزل عالية ، مما يجعلها مناسبة لمكونات MEMS والتعبئة الإلكترونية.
• الرقائق الحيوية: التوافق الحيوي للزركونيا يجعلها مناسبة للأجهزة الإلكترونية الطبية القابلة للزرع.

• خلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFCs). تعمل الزركونيا كطبقة إلكتروليت ، تعمل في درجات حرارة تتراوح بين 800 و 1000 درجة مئوية وتتميز بكفاءة تحويل للطاقة تتجاوز نسبة ٪.

يشير سيراميك كربيد السيليكون (SiC) إلى مادة صلبة متعددة البلورات تتكون من مسحوق كربيد السيليكون المتكلس. وهي معروفة بخصائصها الميكانيكية والحرارية والكيميائية الممتازة. سيراميك كربيد السيليكون هو مادة أساسية متطورة للصناعات الإلكترونية وأشباه الموصلات ، ويشكل الأساس المادي الأساسي لتصنيع الرقائق الأكثر تقدمًا وقيادة أقوى أجهزة الطاقة.

1. المكونات الأساسية لمعدات تصنيع أشباه الموصلات

المكونات الرئيسية لتصنيع رقاقة

• مكونات غرفة عملية حفر/نشر رقاقة:ظرف إلكتروستاتيكي (ESC)، حلقة التركيز ، فوهة الغاز ، بطانة الغرفة/رأس دش توزيع الغاز.
• مكونات زرع الأيونات: صواني وحاملات لتحميل الرقاقات ونقلها.
• مكونات دقيقة لآلات الطباعة الضوئية: مراحل الشغل والأدلة والمرايا والقطوب.

• ركائز حوض حراري وحدة إلكترونية عالية الطاقة: ركائز سيراميك كربيد السيليكون هي الخيار المثالي بسبب الموصلية الحرارية العالية للغاية ومطابقة معامل التمدد الحراري.

• أدلة فرن تلبد ، المجاذيف ، والصواني التنضيد.

2.إلكترونيات الطاقة وأجهزة الترددات اللاسلكية

أنظمة التحكم الإلكتروني للمركبات بالطاقة الجديدة

• وحدات SiC MOSFET: تعمل أجهزة الطاقة من كربيد السيليكون على تحسين كفاءة العاكس بنسبة 5-10 ٪ ، وشهدت الموديلات مثل طراز Tesla 3 زيادة بنسبة 7 ٪ في عمر البطارية.
• منصة عالية الجهد 800 فولت: أجهزة كربيد السيليكون تمكن الشحن السريع إلى 80 ٪ في 15 دقيقة ، ومناسبة للطرازات المتطورة مثل NIO ET7.

• مكبرات صوت RF GaN-on-SiC: تعمل ركائز كربيد السيليكون على تحسين كفاءة محطة قاعدة 5G بنسبة ٪ سنويا ، ومناسبة لنطاق تردد terahertz.

3-تطبيقات التكنولوجيا الناشئة
الحوسبة الكمية وأجهزة الاستشعار

• حاملات الكيوبت: تحقق بتات مركز لون كربيد السيليكون وقت تماسك 10 مللي ثانية عند درجة حرارة الغرفة ، مما يجعلها مناسبة للحوسبة الكمومية.
• أجهزة استشعار درجة الحرارة العالية: يتم استخدام مجسات كربيد السيليكون المقاومة لـ 600 درجة مئوية لمراقبة محركات الطائرات.

• يمكن لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من السيراميك وكربيد السيليكون تصنيع مكونات دقيقة مثل شفرات الطباعة الحجرية ، بدقة تصل إلى ± 0.1.

سيراميك نيتريد السيليكون (sinride) هو سيراميك هندسي متقدم ذو خصائص شاملة استثنائية ، يجمع بين القوة العالية والمتانة العالية والخصائص الحرارية الممتازة والعزل الكهربائي الجيد والاستقرار الكيميائي المتميز. هذه الخصائص تجعل نيتريد السيليكون لاعبا رئيسيا في الصناعات الإلكترونية وأشباه الموصلات ، مع التركيز في المقام الأول على وظيفتين رئيسيتين: تحمل الحمل وتبديد الحرارة.

يتميز نيتريد السيليكون بالتوصيل الحراري العالي ، ومعامل التمدد الحراري المنخفض ، والخواص الميكانيكية الفائقة. وتتركز تطبيقاتها في المقام الأول في المجالات التالية:

1. ركائز تبديد الحرارة للوحدات الإلكترونية عالية الطاقة.
يعد هذا حاليًا التطبيق الأبرز لسيراميك نيتريد السيليكون ، خاصة في قطاعات مركبات الطاقة الجديدة والنقل بالسكك الحديدية والطاقة المتجددة.

2. مكونات عملية تصنيع أشباه الموصلات
نظرًا لنقاوته العالية ، ومقاومته لتآكل البلازما ، ومقاومته لدرجات الحرارة العالية ، وخواصه الميكانيكية الممتازة ، يتم استخدام سيراميك نيتريد السيليكون في مكونات مختلفة في عملية تصنيع الرقاقات ، مثل السخانات ، وسائد ربط الرقاقات ، ومكونات العزل ، والتركيبات.

3. تشمل التطبيقات الأخرى في صناعة الإلكترونيات تغليف الدوائر وأحواض الحرارة.