Электроника и полупроводники

Предварительные керамические материалы (как глинозем, zirconia, и карбид кремния) играют ключевую роль в индустриях электроники и полупроводника. Их высокая твердость, устойчивость к высоким температурам и коррозионная стойкость делают их незаменимыми материалами для точного производства.

Глинозем (Al₂O₃), цирконий (ZrO₂) и карбид кремния (SiC) имеют уникальные применения в электронной и полупроводниковой промышленности. Ниже представлен подробный анализ их конкретных применений и технических характеристик.

Глинозем керамический(Al₂O₃) является ключевым материалом в электронной и полупроводниковой промышленности благодаря своей высокой чистоте, высокой термостойкости и отличным изоляционным свойствам. Они широко используются в компонентах оборудования, упаковочных подложках и этапах процесса.

1. Основные компоненты оборудования для производства полупроводников

Травление защиты оборудования.

• Керамика из глинозема высокой чистоты (чистота ≥ 99,9%) используется для травления накладок камер и газовых сопел. Он противостоит сильному коррозионному воздействию плазмы на основе фтора, увеличивая циклы технического обслуживания оборудования с шести месяцев до пяти лет. Его нанокристаллическая структура также снижает износ частиц до 1/20 от износа обычных стальных вкладышей.

• Вакуумный патрон:Глинозем керамические патроныИспользовать пористую структуру для достижения высокоточной фиксации пластины, предотвращая загрязнение металла и подходят для таких процессов, как полировка и CMP.
• Роботизированный манипулятор: керамические накладки для захвата термостойкие и износостойкие, что обеспечивает точную обработку пластин в вакуумной среде с шероховатостью поверхности, контролируемой до Ra <0,1 нм.
• Несущая вафли: Несущая глинозема имеет термальную проводимость 20-30 W/(m · K), которая быстро рассеивает жару от вафли и предотвращает термальное повреждение.

• Трубки глинозема керамические(Коэффициент теплового расширения 4,5 × 10 ⁻6/K) используются в диффузионных печах и печах отжига. Они могут работать непрерывно при 1300 ° C в течение пяти лет без деформации, предотвращая растрескивание под тепловым напряжением пластины.

• Субстраты глинозема керамические(Теплопроводность 20-30 Вт/м · К) снижает температуру перехода модулей IGBT на 30 ° C за счет конструкции направленной теплопроводности, продлевая срок их службы в три раза.

• Многослойные керамические конденсаторы (MLCC): глиноземная керамика имеет низкую диэлектрическую проницаемость (9,4) и прочность изоляции 15 кВ/мм, поддерживая миниатюризацию устройств 5G.
• Упаковка LTCC/HTCC: используется в трехмерной упаковке для улучшения интеграции и надежности микросхем.

Циркониевая керамика(ZrO₂) имеет широкий спектр критических применений в электронной и полупроводниковой промышленности благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам. Ниже приведены их конкретные приложения и технические детали:

1. Ключевые компоненты технологического оборудования полупроводника
Травление и осаждения оборудование

• Циркониевые керамические трубы: Используется в камерах для травления пластин, их коэффициент теплового расширения составляет всего 1/8, что из нержавеющей стали (3,2 × 10 ½/° C), с деформацией менее 1,5 мкм при 1600 ° C, улучшая выход пластин на 1,8%.
• Компоненты камеры вакуума: Химическая устойчивость керамики Зирконя сопротивляется корозии плазмы хлорида, держа загрязнение иона металла под 0.08ппм.

• Циркониевые керамические лезвия: Используемые для нарезки пластин кубиками, они обеспечивают срок службы в пять раз больше, чем у алмазных дисков, и устраняют загрязнение металлом.
• Челюсти Зирконя: С поверхностной шершавостью Ра 0.02μм, они предотвращают царапины вафли и увеличивают наличие оборудования до 99,1%.

• Датчики кислорода. Используя проводимость ионов кислорода диоксида циркония при высоких температурах, эти датчики используются для контроля выхлопных газов автомобилей и анализа промышленных газов со временем отклика <0,1 секунды.
• Соединители оптического волокна: Цирконий высокой прочности используется для оптоволоконных разъемов со сроком службы подключаемого/подключаемого подключения более 100 000 циклов.
• Пьезоэлектрические компоненты. Стабилизированный иттрием цирконий (YSZ) может использоваться для производства пьезоэлектрических устройств, таких как ультразвуковые генераторы и зуммеры, со стабильностью частоты ± 0,01%.
• Подложки интегральных схем.Циркониевые керамические подложкиИмеют диэлектрическую проницаемость 25 и высокую прочность изоляции, что делает их подходящими для компонентов MEMS и электронной упаковки.
• Биочипы: биосовместимость циркония делает их пригодными для имплантируемых медицинских электронных устройств.

• Твердые оксидные топливные элементы (SOFC). Зирконя служит как слой электролита, работая на температурах 800-1000 ° К и хвастаться эффективностью преобразования энергии превышая 60%.

Керамика из карбида кремния (SiC) относится к поликристаллическому твердому материалу, образованного путем спекания порошка карбида кремния. Он известен своими превосходными механическими, термическими и химическими свойствами. Керамика из карбида кремния-это высококачественный фундаментальный материал для электронной и полупроводниковой промышленности, формирующий необходимую физическую основу для производства самых современных чипов и управления самыми мощными устройствами питания.

1. Основные компоненты оборудования для производства полупроводников

Ключевые компоненты для производства вафель

• Компоненты камеры процесса Etch/диффузии вафли:Электростатический патрон (ESC), Фокусное кольцо, Газовое сопло, Камерный вкладыш/Газораспределительная душевая лейка.
• Компоненты ионного имплантатора: лотки и держатели для загрузки и транспортировки пластин.
• Прецизионные компоненты для фотолитографических машин: стадии заготовки и направляющие, зеркала и патроны.

• Мощные подложки радиатора электронного модуля: керамические подложки из карбида кремния являются идеальным выбором из-за их чрезвычайно высокой теплопроводности и соответствующего коэффициента теплового расширения.

• Направляющие для печи для спекания, лопасти и лотки для эпитаксии.

2.Силовая электроника и радиочастотные устройства

Электронные системы управления автомобилем на новой энергии

• Модули SiC MOSFET: устройства питания из карбида кремния повышают эффективность инвертора на 5-10%, а такие модели, как Tesla Model 3, увеличили срок службы батареи на 7%.
• Высоковольтная платформа 800 В: устройства из карбида кремния обеспечивают быструю зарядку до 80% за 15 минут, подходят для моделей высокого класса, таких как NIO ET7.

• РЧ-усилители GaN-on-SiC: подложки из карбида кремния повышают эффективность PA базовой станции 5G на 40%, что подходит для терагерцового диапазона частот.

3. Применение новых технологий
Квантовые вычисления и датчики

• Кубитовые кубиты: цветовые центральные кубиты из карбида кремния достигают времени когерентности 10 мс при комнатной температуре, что делает их пригодными для квантовых вычислений.
• Высокотемпературные датчики: датчики из карбида кремния, устойчивые к температуре 600 ° C, используются для мониторинга двигателей самолетов.

• Технология керамической 3D-печати из карбида кремния может производить прецизионные компоненты, такие как лезвия для литографической машины, с точностью ± 0,01 мм.

Керамика из нитрида кремния (Si₃N₄)-это передовая инженерная керамика с исключительными комплексными свойствами, сочетающая в себе высокую прочность, высокую вязкость, отличные тепловые свойства, хорошую электрическую изоляцию и выдающуюся химическую стабильность. Эти свойства делают нитрид кремния ключевым игроком в электронной и полупроводниковой промышленности, в первую очередь ориентируясь на его две основные функции: несущая способность и рассеивание тепла.

Нитрид кремния может похвастаться высокой теплопроводностью, низким коэффициентом теплового расширения и превосходными механическими свойствами. Его применение в основном сосредоточено в следующих областях:

1. Подложки для отвода тепла для мощных электронных модулей.
В настоящее время это наиболее заметное применение керамики из нитрида кремния, особенно в новых энергетических транспортных средствах, железнодорожном транспорте и секторах возобновляемых источников энергии.

2. Компоненты производственного процесса полупроводника
Благодаря своей высокой чистоте, устойчивости к плазменной эрозии, высокой термостойкости и отличным механическим свойствам керамика из нитрида кремния используется в различных компонентах в процессе производства чипов, таких как нагреватели, прокладки для склеивания пластин, изоляционные компоненты и приспособления.

3. Другие применения в электронной промышленности включают упаковку цепи и теплоотводы.