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精密陶瓷成半導(dǎo)體設(shè)備的“香餑餑”,國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)哪些問(wèn)題亟需解決?
精密陶瓷由于其自身的優(yōu)良性能,被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、化工、冶金、電子、機(jī)械、航空、航天和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,成為這些領(lǐng)域發(fā)展的重要關(guān)鍵材料,備受各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的極大關(guān)注,其發(fā)展在很大程度上也影響著其他工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步
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2023
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精密陶瓷:解決半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“卡脖子”問(wèn)題的關(guān)鍵
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,半導(dǎo)體制造設(shè)備是我國(guó)卡脖子的問(wèn)題,也是重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。近幾年,隨著國(guó)家政策的調(diào)整,半導(dǎo)體行業(yè)迅速發(fā)展,產(chǎn)業(yè)規(guī)模急速增大,半導(dǎo)體制造設(shè)備持續(xù)向精密化、復(fù)雜化演變,高精密陶瓷關(guān)鍵部件的技術(shù)要求也越來(lái)越高。 作為半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部件,精密陶瓷部件的研發(fā)生產(chǎn)直接影響著半導(dǎo)體裝備制造業(yè)乃至整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展??梢哉f(shuō),精密陶瓷部件是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。因此,無(wú)論從經(jīng)濟(jì)安全角度還是產(chǎn)業(yè)成本角度考慮,要突破我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的“卡脖子”窘境,必須重視精密陶瓷部件等半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化發(fā)展。 一、精密陶瓷在半導(dǎo)體中的應(yīng)用 半導(dǎo)體設(shè)備需要大量的精密陶瓷部件。由于陶瓷具有高硬度、高彈性模量、高耐磨、高絕緣、耐腐蝕、低膨脹等優(yōu)點(diǎn),可用作硅片拋光機(jī)、外延/氧化/擴(kuò)散等熱處理設(shè)備、光刻機(jī)、沉積設(shè)備,半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備,離子注入機(jī)等設(shè)備的零部件。半導(dǎo)體陶瓷有氧化鋁、氮化硅、氮化鋁、碳化硅等,在半導(dǎo)體設(shè)備中,精密陶瓷的價(jià)值約占16%左右。 1、氧化鋁(Al?O?) 氧化鋁在半導(dǎo)體裝備中使用最為廣泛的精密陶瓷材料。具有材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,機(jī)械強(qiáng)度高,硬度高,熔點(diǎn)高,抗腐蝕,化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)良,電阻率大,電絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn),在半導(dǎo)體設(shè)備中應(yīng)用廣泛。 在半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中,刻蝕機(jī)腔室材料作為晶圓污染的主要來(lái)源,等離子刻蝕對(duì)其影響程度決定了晶圓的良率、質(zhì)量、刻蝕工藝的穩(wěn)定性等等。因此,刻蝕機(jī)腔室材料的選用尤為重要。當(dāng)前,主要采用高純Al?O?涂層或Al?O?陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內(nèi)部件的防護(hù)材料。除了腔體以外,等離子體設(shè)備的氣體噴嘴,氣體分配盤(pán)和固定晶圓的固定環(huán)等也需用到氧化鋁陶瓷。 在晶圓硅晶片的搬運(yùn)中,會(huì)應(yīng)用到氧化鋁陶瓷制成的陶瓷機(jī)械手臂。氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷都具備致密質(zhì)、高硬度、高耐磨性的物理性質(zhì),以及良好的耐熱性能、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度,高溫環(huán)境仍具有良好的絕緣性、良好的抗腐蝕性等物理性能,是用于制作半導(dǎo)體設(shè)備機(jī)械手臂的絕佳材料。從材料性質(zhì)來(lái)看,碳化硅陶瓷用于制作陶瓷機(jī)械手臂較為合適,但是從材料價(jià)格、加工難度等經(jīng)濟(jì)方面來(lái)說(shuō),氧化鋁陶瓷機(jī)械手臂的性?xún)r(jià)比更高。 此外,在晶圓拋光工藝中,氧化鋁陶瓷可被廣泛應(yīng)用于拋光板、拋光磨墊校正平臺(tái)、真空吸盤(pán)等。 2、碳化硅(SiC) 碳化硅具有高導(dǎo)熱性、高溫機(jī)械強(qiáng)度、高剛度、低熱膨脹系數(shù)、良好的熱均勻性、耐腐蝕性、耐磨耗性等特性。碳化硅在高達(dá)1400℃的極端溫度下,其仍能保持良好的強(qiáng)度。采用碳化硅陶瓷的研磨盤(pán)由于硬度高而磨損小,且熱膨脹系數(shù)與硅晶片基本相同,因而可以高速研磨拋光。 在硅晶片生產(chǎn)時(shí),需要經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚恚J褂锰蓟鑺A具運(yùn)輸,其耐熱、無(wú)損,可在表面涂敷類(lèi)金剛石(DLC)等涂層,可增強(qiáng)性能,緩解晶片損壞,同時(shí)防止污染擴(kuò)散。此外,碳化硅陶瓷還可應(yīng)用在XY平臺(tái)、基座、聚焦環(huán)、拋光板、晶圓夾盤(pán)、真空吸盤(pán)、搬運(yùn)臂、爐管、晶舟、懸臂槳等。 3、氮化鋁(AIN) 高純氮化鋁陶瓷具有卓越的熱傳導(dǎo)性,耐熱性、絕緣性,熱膨脹系數(shù)接近硅,且具有優(yōu)異的等離子體抗性,產(chǎn)品熱量分布均勻??蓱?yīng)用于晶片加熱的加熱器、靜電夾盤(pán)等。 4、氮化硅(Si3N4) 氮化硅(Si3N4)是斷裂韌性高、耐熱沖擊性強(qiáng)、高耐磨耗性、高機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕的材料??蓱?yīng)用于半導(dǎo)體設(shè)備的平臺(tái)、軸承等部件。 二、精密陶瓷在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 1、半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)將突破千億美元,陶瓷部件占成本10%以上 近期,美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)表示,2021年全球芯片銷(xiāo)售額達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的5559億美元,較上年增長(zhǎng)26.2%。該協(xié)會(huì)預(yù)計(jì),隨著芯片制造商繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)能以滿足需求,2022年全球芯片銷(xiāo)售額將增長(zhǎng)8.8%。 半導(dǎo)體市場(chǎng)迅猛發(fā)展的同時(shí)帶飛了上游設(shè)備市場(chǎng)。 據(jù)了解,繼2020年同比增長(zhǎng)17%以及2021年同比增長(zhǎng)39%之后,晶圓廠設(shè)備支出預(yù)計(jì)在2022將繼續(xù)保持增長(zhǎng)。SEMI(國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì))指出,2022年全球前端晶圓廠設(shè)備(不含封裝測(cè)試的前道工藝設(shè)備,一般為晶圓制造設(shè)備)支出預(yù)計(jì)將超過(guò)980億美元,達(dá)到歷史新高,連續(xù)第三年實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。 精密陶瓷已成為半導(dǎo)體設(shè)備的關(guān)鍵部件,成本占10%以上。 在高端光刻機(jī)中,為實(shí)現(xiàn)高制程精度,需要廣泛采用具有良好的功能復(fù)合性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、尺寸精度的陶瓷零部件,如E-chuck、Vacumm-chuck、Block、磁鋼骨架水冷板、反射鏡、導(dǎo)軌等,這些關(guān)鍵部件一般選用精密陶瓷材料。 在刻蝕設(shè)備中,刻蝕機(jī)腔室材料作為晶圓污染的主要來(lái)源,等離子刻蝕對(duì)其影響程度決定了晶圓的良率、質(zhì)量、刻蝕工藝的穩(wěn)定性等等。因此,研究和開(kāi)發(fā)出一種極其耐刻蝕腔體材料成為半導(dǎo)體集成產(chǎn)業(yè)以及等離子刻蝕技術(shù)中一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)的任務(wù)。當(dāng)前,主要采用高純Al?O?涂層或Al?O?陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內(nèi)部件的防護(hù)材料。除了腔體以外,等離子體設(shè)備的氣體噴嘴,氣體分配盤(pán)和固定晶圓的固定環(huán)等也需用到精密陶瓷。 一臺(tái)半導(dǎo)體設(shè)備看似是用金屬及塑料打造的,其實(shí)里面隱藏著非常多極具技術(shù)含量的精密陶瓷部件。總之,精密陶瓷在半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用遠(yuǎn)比我們想象中要多。
半導(dǎo)體陶瓷的應(yīng)用
半導(dǎo)體行業(yè)是當(dāng)前全球最具前景和發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一,其所需的材料也在不斷增多和更新。除了傳統(tǒng)的硅材料外,陶瓷材料也逐漸成為半導(dǎo)體領(lǐng)域中的重要組成部分。本文將介紹半導(dǎo)體行業(yè)常用的幾種陶瓷材料,并探討它們的應(yīng)用方向和特點(diǎn)。
半導(dǎo)體陶瓷有幾種
又稱(chēng)熱敏電阻陶瓷,指電導(dǎo)率隨溫度呈明顯變化的陶瓷。有三種類(lèi)型:①負(fù)溫系數(shù)熱敏電阻(簡(jiǎn)稱(chēng)NTC),如一些過(guò)渡金屬如錳、鐵、鈷、鎳等的氧化物半導(dǎo)體陶瓷,特點(diǎn)是隨著溫度升高,電阻呈指數(shù)減小。②正溫系數(shù)熱敏電阻(簡(jiǎn)稱(chēng)PTC),如摻雜的鈦酸鋇半導(dǎo)體陶瓷,特點(diǎn)是隨著溫度升高電阻增大,并在居里點(diǎn)有劇變。③劇變型熱敏電阻(簡(jiǎn)稱(chēng)CTR),如氧化釩及其摻雜半導(dǎo)體陶瓷,具有負(fù)溫系數(shù),并在某一溫度,電阻產(chǎn)生急劇變化,變化值可達(dá)3~4個(gè)數(shù)量級(jí)。熱敏陶瓷主要用于溫度補(bǔ)償、溫度測(cè)量、溫度控制、火災(zāi)探測(cè)、過(guò)熱保護(hù)和彩色電視機(jī)消磁等方面。
半導(dǎo)體陶瓷是什么
半導(dǎo)體陶瓷是指具有半導(dǎo)體特性、電導(dǎo)率約在10-6~105S/m的陶瓷。半導(dǎo)體陶瓷的電導(dǎo)率因外界條件(溫度、光照、電場(chǎng)、氣氛和溫度等)的變化而發(fā)生顯著的變化,因此可以將外界環(huán)境的物理量變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),制成各種用途的敏感元件
新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈中,那些先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷的身影
中國(guó)粉體網(wǎng)訊 結(jié)構(gòu)陶瓷材料,具有金屬和高分子材料所不具備的高模量、高硬度、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗侵蝕、生物相容性以及優(yōu)異的電絕緣和透光透波等特性,在航空航天、信息電子、核電與新能源等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
新能源陶瓷是什么
繼比亞迪宣布停止燃油汽車(chē)整車(chē)生產(chǎn),將專(zhuān)注于純電車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)業(yè)務(wù)后,11月24日,東風(fēng)風(fēng)行在以“風(fēng)行帶電 領(lǐng)勢(shì)前行”為主題的新能源戰(zhàn)略發(fā)布會(huì)上,也宣告全面布局新能源賽道,并將在三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)百分百電動(dòng)化,五年內(nèi)停產(chǎn)燃油車(chē)?,F(xiàn)如今,車(chē)企電動(dòng)化轉(zhuǎn)型已成大流,國(guó)內(nèi)多家車(chē)企陸續(xù)表態(tài)停產(chǎn)燃油車(chē)的同時(shí),海外同樣在積極擁抱電動(dòng)化浪潮。
電子設(shè)計(jì)制造電子元器件應(yīng)用領(lǐng)域
電子元器件廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備的設(shè)計(jì)制造中,例如: 1. 通訊領(lǐng)域:手機(jī)、路由器、通信基站等 2. 計(jì)算機(jī)領(lǐng)域:主板、顯卡、硬盤(pán)等 3. 家電領(lǐng)域:電視機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱等 4. 汽車(chē)領(lǐng)域:車(chē)載電子、汽車(chē)音響、導(dǎo)航系統(tǒng)等 5. 醫(yī)療領(lǐng)域:醫(yī)療器械、醫(yī)療監(jiān)測(cè)儀器等 6. 工業(yè)控制領(lǐng)域:PLC、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備等 7. 航空航天領(lǐng)域:飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等 8. 新能源領(lǐng)域:太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等 總之,電子元器件已經(jīng)貫穿在我們生活和工作的方方面面,其應(yīng)用范圍非常廣泛。
地址:廈門(mén)市同安區(qū)建材園103棟 電話:0592-6108825 傳真:6108825 手機(jī):18046209932 郵箱:2786761380@qq.com
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