Electrónica y Semiconductores

Materiales cerámicos avanzados (como alúmina, zirconia y carburo de silicio) juegan un papel clave en las industrias de electrónica y semiconductores. Su alta dureza, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión los convierten en materiales indispensables para la fabricación de precisión.

La alúmina (Al₂O₃), la zirconia (ZrO₂) y el carburo de silicio (SiC) tienen aplicaciones únicas en las industrias de electrónica y semiconductores. A continuación se muestra un análisis detallado de sus aplicaciones específicas y características técnicas.

Alúmina de cerámica(Al₂O₃) es un material clave en las industrias de la electrónica y los semiconductores debido a su alta pureza, resistencia a altas temperaturas y excelentes propiedades de aislamiento. Son ampliamente utilizados en componentes de equipos, sustratos de embalaje y pasos de proceso.

1. componentes básicos del equipo de fabricación de semiconductores

Protección del equipo de grabado.

• La cerámica de alúmina de alta pureza (pureza ≥ 99.9%) se utiliza para el grabado de revestimientos de cámaras y boquillas de gas. Resiste los efectos altamente corrosivos del plasma a base de flúor, extendiendo los ciclos de mantenimiento del equipo de seis meses a cinco años. Su estructura nanocristalina también reduce el desgaste de las partículas a 1/20 del de los revestimientos de acero ordinarios.

• Vacío Chuck:Mandriles de cerámica de alúminaUtilizar una estructura porosa para alcanzar la fijación de alta precisión de la oblea, previniendo la contaminación del metal y es conveniente para los procesos tales como pulido y CMP.
• Brazo robótico: los cojines de cerámica del agarrador son a prueba de calor y desgaste-resistentes, permitiendo la manipulación exacta de la oblea en un ambiente del vacío, con la aspereza superficial controlable a Ra < 0.1nm.
• Portador de oblea: el portador de alúmina tiene una conductividad térmica de 20-30 W/(m · K), que disipa rápidamente el calor de la oblea y evita el daño térmico.

• Tubos de cerámica del alúmina(Coeficiente de expansión térmica 4,5 × 10 ⁻⁻/K) se utilizan en hornos de difusión y en hornos de recocido. Pueden operar continuamente a 1300 ° C durante cinco años sin deformación, evitando el agrietamiento por tensión térmica de la oblea.

• Sustratos cerámicos de alúmina(Conductividad termal 20-30 W/m · K) reduce la temperatura de empalme de los módulos de IGBT por 30 °C con diseño direccional de la conducción de calor, ampliando su vida útil por tres veces.

• Condensadores cerámicos multicapa (MLCC): la cerámica de alúmina tiene una constante dieléctrica baja (9,4) y una resistencia de aislamiento de 15 kV/mm, lo que admite la miniaturización de dispositivos 5G.
• Embalaje LTCC/HTCC: se utiliza en envases tridimensionales para mejorar la integración y fiabilidad del chip.

Zirconia de cerámica(ZrO₂) tiene una amplia gama de aplicaciones críticas en las industrias de la electrónica y los semiconductores debido a sus propiedades físicas y químicas únicas. Las siguientes son sus aplicaciones específicas y detalles técnicos:

1. componentes clave de equipos de fabricación de semiconductores
Equipo de grabado y deposición

• Tubos de cerámica de zirconiaUtilizado en cámaras de grabado de obleas, su coeficiente de expansión térmica es solo 1/8 del acero inoxidable (3,2 × 10 ⁻δ/°C), con una deformación inferior a 1.5μm a 1600 °C, lo que mejora el rendimiento de la oblea en un 1.8%.
• Componentes de la cámara de vacío: La resistencia química de la cerámica de la circona resiste la corrosión del plasma del cloruro, guardando la contaminación del ion del metal debajo de 0.08ppm.

• Cuchillas de cerámica de zirconiaUtilizados para el corte en cubetas de obleas, ofrecen una vida útil cinco veces mayor que la de las cuchillas de diamante y eliminan la contaminación del metal.
• Mandíbulas de zirconia: con una rugosidad superficial de Ra 0.02μm, evitan los arañazos de la oblea y aumentan la disponibilidad del equipo al 99.1%.

• Sensores de oxígeno. Utilizando la conductividad de iones de oxígeno de la zirconia a altas temperaturas, estos sensores se utilizan para monitoreo de gases de escape de automóviles y análisis de gases industriales, con un tiempo de respuesta de <0,1 segundos.
• Conectores de fibra óptica: La zirconia de alta tenacidad se utiliza para conectores de fibra óptica, con una vida útil plug-in/plug-out superior a 100.000 ciclos.
• Componentes piezoeléctricos. La zirconia estabilizada con itrio (YSZ) se puede utilizar para fabricar dispositivos piezoeléctricos como osciladores y zumbadores ultrasónicos, con una estabilidad de frecuencia de ± 0.01%.
• Sustratos de circuito integrado.Sustratos de cerámica de zirconiaTienen una constante dieléctrica de 25 y una alta resistencia de aislamiento, lo que los hace adecuados para componentes MEMS y envases electrónicos.
• Biochips: la biocompatibilidad de Zirconia los hace adecuados para dispositivos electrónicos médicos implantables.

• Pilas de Combustible de Óxido Sólido (SOFCs). Zirconia sirve como la capa de electrolito, operando a temperaturas de 800-1000 ° C y con una eficiencia de conversión de energía superior al 60%.

La cerámica de carburo de silicio (SiC) se refiere a un material sólido policristalino formado por sinterización de polvo de carburo de silicio. Es conocido por sus excelentes propiedades mecánicas, térmicas y químicas. Las cerámicas de carburo de silicio son un material fundamental de alta gama para las industrias de electrónica y semiconductores, que forman la base física esencial para la fabricación de los chips más avanzados y la conducción de los dispositivos de potencia más potentes.

1. componentes básicos del equipo de fabricación de semiconductores

Componentes clave para la fabricación de obleas

• Componentes de la cámara de proceso de difusión/grabado de oblea:Chuck electrostático (ESC), Anillo de enfoque, Boquilla de gas, Revestimiento de cámara/Cabezal de ducha de distribución de gas.
• Componentes del implantador de iones: Bandejas y soportes para carga y transporte de obleas.
• Componentes de precisión para máquinas de fotolitografía: etapas y guías de piezas de trabajo, espejos y mandriles.

• Sustratos electrónicos de alta potencia del disipador de calor del módulo: Los substratos de cerámica del carburo de silicio son una opción ideal debido a su conductividad termal extremadamente alta y coeficiente de correspondencia de la extensión termal.

• Guías de horno de sinterización, paletas y bandejas de epitaxia.

2.Electrónica de potencia y dispositivos de RF

Sistemas de control electrónico de vehículos de nueva energía

• Módulos MOSFET SiC: los dispositivos de alimentación de carburo de silicio mejoran la eficiencia del inversor en un 5-10%, y modelos como el Tesla Model 3 han visto un aumento del 7% en la duración de la batería.
• Plataforma de alto voltaje de 800V: los dispositivos de carburo de silicio permiten una carga rápida al 80% en 15 minutos, adecuados para modelos de alta gama como el NIO ET7.

• Amplificadores de RF GaN-on-SiC: los sustratos de carburo de silicio mejoran la eficiencia del PA de la estación base 5G en un 40%, adecuados para la banda de frecuencia de terahercios.

3. aplicaciones tecnológicas emergentes
Computación cuántica y sensores

• Los Qobits del centro de color de carburo de silicio alcanzan un tiempo de coherencia de 10ms a temperatura ambiente, lo que los hace adecuados para la computación cuántica.
• Sensores de alta temperatura: Los sensores de carburo de silicio resistentes a 600 ° C se utilizan para el monitoreo de motores de aviones.

• La tecnología de impresión 3D de cerámica de carburo de silicio puede fabricar componentes de precisión como las cuchillas de sombreado de la máquina de litografía, con una precisión de ± 0,01mm.

La Cerámica de Nitruro de Silicio (Si? N4.) es una cerámica de ingeniería avanzada con propiedades integrales excepcionales, que combina alta resistencia, alta tenacidad, excelentes propiedades térmicas, buen aislamiento eléctrico y excelente estabilidad química. Estas propiedades hacen que el nitruro de silicio sea un jugador clave en las industrias de electrónica y semiconductores, centrándose principalmente en sus dos funciones principales: soporte de carga y disipación de calor.

El nitruro de silicio cuenta con alta conductividad térmica, bajo coeficiente de expansión térmica y propiedades mecánicas superiores. Sus aplicaciones se concentran principalmente en las siguientes áreas:

1. sustratos de disipación de calor para módulos electrónicos de alta potencia.
Esta es actualmente la aplicación más notable de la cerámica de nitruro de silicio, particularmente en los sectores de vehículos de nueva energía, tránsito ferroviario y energía renovable.

2. componentes del proceso de fabricación de semiconductores
Debido a su alta pureza, resistencia a la erosión por plasma, resistencia a altas temperaturas y excelentes propiedades mecánicas, las cerámicas de nitruro de silicio se utilizan en varios componentes en el proceso de fabricación de chips, como calentadores, almohadillas de unión de obleas, componentes de aislamiento y accesorios.

Otras aplicaciones en la industria electrónica incluyen embalaje de circuitos y disipadores de calor.