سيراميك الألومينا - حجر الزاوية غير المرئي في تصنيع أشباه الموصلات
في عصر تتجه فيه تكنولوجيا أشباه الموصلات نحو عمليات أقل من 3 نانومتر،سيراميك الألومينابرزت سيراميكات الألومينا (ال₂O₃) كمواد أساسية تدعم التشغيل الدقيق لمعدات أشباه الموصلات، بفضل نقائها العالي، وعزلها الممتاز، ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية، واستقرارها الكيميائي. بدءًا من تصنيع الرقائق وصولًا إلى التعبئة والتغليف والاختبار، تُسهم سيراميكات الألومينا، باعتبارها حجر الزاوية الخفي، في دفع عجلة الابتكار المستمر في صناعة أشباه الموصلات.
1.التطبيقات الأساسية لسيراميك الألومينا في تصنيع أشباه الموصلات
⑴ المكونات الرئيسية لمعدات تصنيع الرقائق
معدات الحفر والترسيب:في عمليات الحفر البلازمي وترسيب الأغشية الرقيقة (أمراض القلب والأوعية الدموية/الترسيب الفيزيائي للبخار)،سيراميك الألوميناتُستخدم في تصنيع مشابك الكهروستاتيكية (خروج)، وألواح توزيع الغاز، وبطانات الغرف. تضمن مقاومتها للتآكل البلازمي (مثلاً، ضد الكلور₂ وCF₄) واستواءها العالي (خشونة السطح را ≤ 0.01 ميكرومتر) دقة واستقرار معالجة الرقاقات.
تكنولوجيا الطباعة الحجرية:سيراميك الألوميناتُستخدم في هيكل دعم قناع آلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى (الأشعة فوق البنفسجية القصوى). يُقلل معامل التمدد الحراري المنخفض (8.2×10⁻⁶/℃) من الانجراف الحراري، مما يضمن دقة طباعة حجرية بمستوى النانومتر.
⑵ عمليات التعبئة والاختبار
ركائز تغليف الدوائر المتكاملة:متعدد الطبقاتسيراميك الألوميناتُستخدم هذه الركائز في وحدات الطاقة مثل ترانزستورات IGBT وMOSFET، حيث تجمع بين العزل (مقاومة حجمية 10¹⁴ Ω·سم) ووظائف تبديد الحرارة (موصلية حرارية 25 واط/(م·ك)). يُعادل معامل التمدد الحراري لها معامل تمدد رقائق السيليكون، مما يُقلل الإجهاد الحراري.
التلميع الكيميائي الميكانيكي (سي إم بي):خشونة السطحسيراميك الألومينايمكن التحكم في ألواح التلميع في حدود 0.5 نانومتر، مما يحسن بشكل كبير من تجانس تسوية الرقائق ويقلل من عيوب "dishing".
2. الإنجازات التقنية: من تعديل المواد إلى ابتكار العمليات
⑴ نقاء عالي وبنية نانوية
طوّر فريق من معهد شنغهاي لتكنولوجيا النظم الدقيقة والمعلومات، التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، مؤخرًا مواد عازلة ذات بوابة ألومينا أحادية البلورة. تتميز هذه المواد بقدرتها على منع تسرب التيار بفعالية حتى عند سُمك نانومتر واحد فقط، مما يوفر حلاً جديدًا للرقائق منخفضة الطاقة. بالإضافة إلى ذلك،سيراميك الألومينا(حجم الحبيبات <200 نانومتر)، المحضرة عبر طريقة السول-جيل، تظهر قوة انثناء تبلغ 350 ميجا باسكال - 50% أعلى من المواد التقليدية.
⑵ التصميم المركب والوظيفي
مقاومة التآكل البلازمي:تساعد سيراميكات الإيتريا والألومينا المركبة، الممزوجة بعناصر أرضية نادرة ذات إنتروبيا عالية، على تمديد عمر خدمة مكونات معدات النقش بما يزيد عن 10 مرات.
التكامل الذكي:على سبيل المثال، قامت شركة جيفينج تكنولوجي بإدخال الجرافين فيسيراميك الألومينا، مما يزيد من التوصيل الحراري إلى 200 واط/(م·ك)، مما يجعله مناسبًا لوحدات تبديد الحرارة في محطات قاعدة 5G.
3. آفاق السوق وعملية التوطين
⑴ نمو السوق العالمية
في عام 2023، بلغ حجم السوق العالميسيراميك الألومينابلغت قيمة سوق مكونات أشباه الموصلات 7.2 مليار دولار أمريكي، ما يمثل 45% من إجمالي مكونات السيراميك الدقيقة. ونظرًا للطلب المتزايد على الذكاء الاصطناعي وتقنية الجيل الخامس (5G) وغيرها من المجالات، من المتوقع أن يتجاوز حجم السوق 10 مليارات يوان صيني بحلول عام 2025، مع توقعات بارتفاع حصة الصين في السوق من 30% إلى 35%.
⑵ اختراقات التوطين
معدل الاكتفاء الذاتي للصين من النقاء العاليسيراميك الألوميناتجاوزت نسبة النقاء (≥99.9%) 80%. وتعمل شركات مثل شركة يونشينغ للسيراميك الصناعي على توسيع طاقتها الإنتاجية، وتخطط لإنتاج سنوي يبلغ 300 طن من المسحوق عالي النقاء. وعلى مستوى السياسات، أدرج دليل تطوير صناعة المواد الجديدة سيراميك الألومينا عالي الأداء كتوجه بحثي رئيسي، بهدف تحقيق معدل توطين يتجاوز 85% للمعدات الرئيسية بحلول عام 2026.
4. الاتجاهات المستقبلية: التصنيع الأخضر والسيناريوهات الناشئة
العمليات منخفضة الكربون:تقلل تقنية الحرق المشترك منخفض الحرارة (شركة الرعاية طويلة الأمد) من استهلاك الطاقة بنسبة 25%، في حين تعمل تقنية التلبيد بالميكروويف على خفض انبعاثات الكربون بنسبة 30%.
التطبيقات الناشئة:توجد إمكانات هائلة في سيناريوهات مثل أختام خلايا وقود الهيدروجين، والأجزاء الخزفية المطبوعة ثلاثية الأبعاد (بدقة 0.1 مم)، ولوحات حاملة الخلايا الكهروضوئية غير المتجانسة.