La alúmina, como materia prima para productos de aluminio y material auxiliar en industrias como la química y la maquinaria, ha desempeñado durante mucho tiempo un papel importante en la economía nacional. Con el rápido desarrollo de industrias emergentes como la de semiconductores, la demanda de materiales de alto rendimiento se ha disparado. Los productos de alúmina de alta gama se han vuelto cruciales, especialmente en los mercados billonarios de semiconductores, donde la alúmina es un material fundamental.
Mercado de semiconductores
A medida que aplicaciones como la IA, la comunicación 5G, la IoT, la computación en la nube, la electrónica automotriz, la robótica y los drones continúan creciendo, la industria de los semiconductores está en auge.
Según varias organizaciones de investigación de mercado, el mercado mundial de semiconductores experimentó un crecimiento significativo en 2024. Por ejemplo, las Estadísticas Mundiales del Comercio de Semiconductores (WSTS) informaron que el mercado mundial de semiconductores alcanzó los 45,76 billones de RMB en 2024, lo que representa un aumento de 191 billones de yuanes. El mercado chino de semiconductores creció 20 billones de yuanes, lo que representa el 30 billones de yuanes del mercado mundial. WSTS pronostica un crecimiento de 11,21 billones de yuanes en 2025, alcanzando los 697 mil millones de dólares. Deloitte también predice unas ventas de 697 mil millones de dólares para 2025 y espera que la industria de semiconductores alcance el billón de dólares en ventas para 2030.
Aplicaciones de la alúmina en la industria de semiconductores
Componentes de equipos semiconductores
Las piezas de cerámica de alúmina son conocidas por su alta dureza, resistencia mecánica, resistencia al desgaste, tolerancia a altas temperaturas, resistividad eléctrica y propiedades de aislamiento. Estas características las hacen esenciales para la fabricación de semiconductores en vacío, alta temperatura y otros entornos especiales. La alúmina desempeña un papel insustituible en las líneas de producción de semiconductores, cubriendo prácticamente todos los equipos y conformando sus componentes principales.
Los componentes cerámicos de alúmina se clasifican según su uso, incluidos los tipos de anillo y cilindro, guías de flujo de aire, accesorios de soporte de carga, arandelas manuales y módulos.
Tipos de anillo y cilindro: En el proceso de grabado, se utilizan recubrimientos de alúmina de alta pureza o piezas cerámicas para las cámaras de grabado y sus revestimientos. Estos materiales son altamente resistentes a la corrosión y reducen la contaminación durante el grabado por plasma.
Componentes cerámicos de alúmina en equipos semiconductores
| Tipo de producto | Función | Aplicación de equipos semiconductores |
| Anillo de molibdeno | Mejora la guía de gases, el aislamiento y la resistencia a la corrosión. | Equipo de deposición de película delgada |
| Anillo de protección | Protege componentes clave del módulo, como mandriles electrostáticos y calentadores cerámicos. | Equipos de deposición de película delgada, equipos de grabado |
| Anillo de borde | Previene el desbordamiento de plasma | Equipos de deposición de película delgada, equipos de grabado |
| Anillo de enfoque | Concentra el plasma dentro de la cámara. | Equipos de deposición de película delgada, equipos de grabado, equipos de implantación de iones |
| Cubierta protectora | Sella y adsorbe residuos del proceso. | Equipos de deposición de película delgada, equipos de grabado |
| Anillo de abrazadera de tierra | Asegura y soporta componentes | Equipos de deposición de película delgada, equipos de grabado |
| Transatlántico | Mejora la guía del gas para una formación de película más uniforme. | Equipo de grabado |
| Barril térmico | Mejora el rendimiento del control de temperatura. | Equipos de deposición de película delgada, equipos de grabado, equipos de implantación de iones |
| Tubo de protección de termopar | Protege los termopares en un entorno fisicoquímico y de temperatura relativamente estable. | Diversos equipos frontales de semiconductores |
Componentes de la guía de flujo de gas
En el proceso de limpieza por plasma, se utilizan gases corrosivos que contienen elementos halógenos altamente reactivos, como el flúor y el cloro. Las boquillas de gas suelen estar fabricadas con cerámica de alúmina, lo que requiere alta resistencia al plasma, rigidez dieléctrica y una alta resistencia a la corrosión de los gases de proceso y subproductos. Estas boquillas también cuentan con estructuras porosas internas precisas para controlar el flujo de gas con precisión.
Los componentes cerámicos de alúmina con guía de gas se utilizan principalmente en equipos semiconductores.
| Tipo de producto | Función | Aplicación de equipos semiconductores |
| Boquilla, placa de distribución de gas, anillo de restricción, placa difusora | Guía el flujo de gas, garantiza una distribución uniforme y una velocidad estable de los gases de proceso y crea un entorno de proceso controlado. | Equipos de deposición de película delgada, equipos de grabado |
| Placa de cubierta de la boquilla | Sirve como accesorio para boquillas y absorbe residuos del proceso. | Equipos de deposición de película delgada, equipos de grabado |
Componentes de fijación y soporte de carga
Durante la fabricación de semiconductores, las obleas pueden someterse a tratamientos de alta temperatura, como el grabado y la implantación de iones. Se utilizan soportes de alúmina para obleas para garantizar su estabilidad y seguridad durante el transporte. Estos soportes poseen una excelente conductividad térmica, disipando y alejando eficientemente el calor de la oblea para evitar daños térmicos.
Componentes de la lavadora con empuñadura manual
Los componentes cerámicos de alúmina se utilizan en la manipulación de obleas, especialmente en los brazos mecánicos instalados en robots de transferencia de obleas. Estos brazos actúan como las manos del robot, moviendo las obleas a posiciones específicas, con sus superficies en contacto directo con ellas. Debido a que las obleas son extremadamente susceptibles a la contaminación, la manipulación suele realizarse en un entorno de vacío. La mayoría de los materiales no soportan estas condiciones, por lo que los brazos mecánicos están fabricados con cerámica de alúmina de alta durabilidad y dureza. La cerámica también cuenta con ingeniería de precisión con superficies lisas, lo que garantiza una contaminación mínima. Se utilizan diversos diseños, como sistemas de sujeción, de carga, de adsorción al vacío y de Bernoulli.
Brazos robóticos de alúmina/carburo de silicio
Fuente: Kyocera, Japón
Las piezas de cerámica de alúmina tipo junta con empuñadura se utilizan principalmente en equipos semiconductores.
| Tipo de producto | Función | Aplicación de equipos semiconductores |
| Brazo robótico | Transfiere obleas dentro y fuera de la cámara. | Diversos equipos frontales de semiconductores |
| Pieza aislante | Previene la conducción eléctrica; algunos también proporcionan aislamiento. | Diversos equipos frontales de semiconductores |
| Disipador de calor | Enfría los componentes del equipo | Diversos equipos frontales de semiconductores |
Componentes de la lavadora con empuñadura manual
Los componentes cerámicos de alúmina se utilizan en equipos semiconductores, especialmente en módulos. En procesos de deposición como la deposición física de vapor (PVD), la deposición química de vapor (CVD) y el pulido químico-mecánico (CMP), componentes como mandriles electrostáticos, calentadores cerámicos, mesas y placas de pulido, cámaras y otras piezas se fabrican con cerámica de alúmina.
Se utilizan comúnmente placas de pulido de alúmina de alta pureza, procedentes de Kyocera, Japón.
Sustratos cerámicos
Los sustratos cerámicos destacan por sus excelentes propiedades aislantes, alta resistencia, bajo coeficiente de expansión térmica, excelente estabilidad química y conductividad térmica. Son ampliamente utilizados en el encapsulado de circuitos integrados.
Corning ha desarrollado sustratos cerámicos de alúmina ultrafinos.
Los sustratos cerámicos de alúmina se utilizan ampliamente en electrónica de RF y microondas gracias a su alta constante dieléctrica, que permite la miniaturización de circuitos. Además, presentan una excelente estabilidad térmica, mínima deriva de temperatura, alta resistencia del sustrato y estabilidad química, superando a la mayoría de los demás materiales de óxido. Estos sustratos son adecuados para circuitos de película gruesa, circuitos de película delgada, circuitos híbridos, módulos de componentes de microondas, etc. Los sustratos cerámicos de alúmina son rentables (aproximadamente una décima parte del precio del nitruro de aluminio) y cuentan con un proceso de producción consolidado, lo que los convierte en los más producidos y utilizados en la industria.
Abrasivos de pulido CMP
El pulido químico mecánico (CMP) es actualmente la única tecnología que puede lograr una planarización global y se utiliza ampliamente en el pulido de obleas de semiconductores, aislamiento de zanjas poco profundas, interconexiones de cobre y más.
Los abrasivos desempeñan un papel fundamental en el CMP, ya que realizan acciones mecánicas como el microcorte y el rayado. Los líquidos de pulido representan 49% del coste del material de pulido CMP, mientras que los abrasivos contribuyen entre 50% y 70% del coste del líquido de pulido.
Fuente: Instituto de Investigación Huifu de Guangzhou
Los abrasivos más utilizados son SiO₂, CeO₂ y Al₂O₃. Entre ellos, el polvo de alúmina esférica submicrónica de alta pureza, utilizado como abrasivo en líquidos de pulido CMP, ofrece altas tasas de remoción, un pulido rápido, mínimas rayaduras finas en la superficie pulida y un alto nivel de suavidad. Es ideal para el pulido de semiconductores.
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