सेमीकंडक्टर उद्योग पारिस्थितिकी तंत्र के भीतर, सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण इसका मुख्य स्तंभ बनाते हैं और एक महत्वपूर्ण स्थान रखते हैं। SEMI की मध्य -वर्ष की कुल सेमीकंडक्टर उपकरण पूर्वानुमान रिपोर्ट के अनुसार, उच्च उद्योग वृद्धि का संकेत जारी किया गया है। डेटा से पता चलता है कि सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण (ओईएम) की कुल वैश्विक बिक्री 2026 में 165.9 बिलियन डॉलर तक पहुंचने का अनुमान है, जो एक साल में 23.2% की वृद्धि के साथ एक नया ऐतिहासिक रिकॉर्ड स्थापित करेगी। उद्योग की वृद्धि की यह गति जारी रहने की उम्मीद है, वैश्विक उपकरण बिक्री 2028 तक $229.5 बिलियन से अधिक होने का अनुमान है, जिससे लगातार पांच वर्षों में स्थिर वृद्धि हासिल होगी।
यह तीव्र उद्योग विस्तार सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण को डिजाइन और विनिर्माण में हमेशा से अधिक जटिलता और परिशुद्धता की ओर ले जा रहा है। इस प्रक्रिया में, उच्च प्रदर्शन वाले सिरेमिक, एक महत्वपूर्ण घटक सामग्री के रूप में, सेमीकंडक्टर निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उच्च प्रदर्शन वाले सिरेमिक घटकों का अनुसंधान एवं विकास और उत्पादन सीधे सेमीकंडक्टर आपूर्ति श्रृंखला के मजबूत विकास और तकनीकी प्रगति से संबंधित है।
उच्च प्रदर्शन सिरेमिक सामग्रियों में उत्कृष्ट व्यापक गुण होते हैं, जैसे उच्च शक्ति, उच्च कठोरता, उच्च पहनने के प्रतिरोध, उच्च विद्युत इन्सुलेशन, कम थर्मल विस्तार, उच्च संक्षारण प्रतिरोध और उच्च रासायनिक स्थिरता। सेमीकंडक्टर निर्माण में, इन्हें पॉलिशिंग प्लेट्स, पॉलिशिंग पैड कंडीशनर प्लेटफॉर्म, वैक्यूम चक, हीटर और इलेक्ट्रोस्टैटिक चक जैसे उपकरणों के घटकों के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
सेमीकंडक्टर विनिर्माण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले सिरेमिक घटक
उच्च प्रदर्शन वाली सिरेमिक सामग्रियों में मुख्य रूप से एल्यूमिना, एल्यूमीनियम नाइट्राइड, सिलिकॉन नाइट्राइड, सिलिकॉन कार्बाइड आदि शामिल हैं। विभिन्न सिरेमिक सामग्रियों में अलग-अलग विशेषताएं होती हैं, जिससे अर्धचालक क्षेत्र के भीतर विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्य होते हैं। इनमें से, सेमीकंडक्टर उद्योग में एल्यूमिना सिरेमिक के अनुप्रयोगों की विशेष रूप से विस्तृत श्रृंखला है।
कई सामान्य सेमीकंडक्टर के अनुप्रयोग-ग्रेड सिरेमिक
एलुमिना सिरेमिक के गुण और वर्गीकरण
एलुमिना सिरेमिक एकीकृत सर्किट विनिर्माण में मुख्य उपकरणों के लिए अपरिहार्य प्रमुख इन्सुलेट सामग्री में से एक है। जैसे-जैसे चिप निर्माण प्रक्रियाएं आगे बढ़ती हैं, एल्यूमिना सिरेमिक के लिए शुद्धता और प्रदर्शन की आवश्यकताएं बढ़ती रहती हैं। आम तौर पर, एल्यूमिना सिरेमिक को उनकी एल्यूमिना सामग्री के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है, जिसे आम तौर पर साधारण {{2} प्रकार और उच्च {{3} शुद्धता {{4} प्रकार के एल्यूमिना सिरेमिक में विभाजित किया जाता है। साधारण - प्रकार को एल्यूमिना सामग्री द्वारा आगे विभाजित किया जा सकता है, जैसे 75% एल्यूमिना, 96% एल्यूमिना, और 99% एल्यूमिना सिरेमिक; उच्च{{10}शुद्धता-प्रकार के एल्युमिना सिरेमिक से तात्पर्य 99.9% से अधिक एल्युमिना सामग्री वाली सामग्रियों से है।
वर्तमान में, सेमीकंडक्टर उपकरण में उपयोग किए जाने वाले एल्यूमिना सिरेमिक की शुद्धता मूल रूप से 99.5% से ऊपर है। नक़्क़ाशी अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले एल्यूमिना सिरेमिक 99.8% से अधिक की शुद्धता तक पहुंचते हैं, यहां तक कि 4N ग्रेड (99.99%) तक भी पहुंचते हैं। ये पारदर्शी या पारभासी दिखाई देते हैं, प्रदर्शन संकेतक नीलमणि एकल क्रिस्टल के स्तर तक पहुंचते हैं। इसके अलावा, उनकी महीन दाने वाली संरचना के कारण, लचीली ताकत और संपीड़न ताकत जैसे कुछ गुण नीलमणि एकल क्रिस्टल से भी बेहतर हैं।
विभिन्न एल्यूमिना सामग्री के साथ एल्यूमिना सिरेमिक के प्रमुख गुण
अर्धचालकों में पारभासी एल्युमिना सिरेमिक का अनुप्रयोग
पारभासी एल्यूमिना सिरेमिक एक प्रकार का उच्च शुद्धता वाला एल्यूमिना सिरेमिक है। उनके निश्चित ऑप्टिकल संप्रेषण के कारण, उन्हें कार्यात्मक और संरचनात्मक दोनों भूमिकाओं को एकीकृत करते हुए सिरेमिक सामग्री के रूप में उपयोग किया जा सकता है। उच्च घनत्व और न्यूनतम छिद्रों और अशुद्धता दोषों की संरचनात्मक विशेषताओं का मतलब है कि पारभासी एल्यूमिना सिरेमिक में अक्सर सामान्य उच्च शुद्धता वाले एल्यूमिना सिरेमिक की तुलना में अधिक उत्कृष्ट व्यापक गुण होते हैं। नीलमणि एकल क्रिस्टल की तुलना में, पारभासी एल्यूमिना सिरेमिक यांत्रिक गुणों में लाभ रखता है और संरचना और कार्य को एकीकृत करने के लिए पसंदीदा सिरेमिक सामग्रियों में से एक माना जाता है।
सेमीकंडक्टर उपकरण में अनुप्रयोग
सेमीकंडक्टर निर्माण में, नक़्क़ाशी प्रक्रिया एक महत्वपूर्ण कदम है। विशेष रूप से, ईच चैम्बर व्यूपोर्ट के लिए सामग्री के चयन के लिए न केवल उच्च संप्रेषण बल्कि उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध की भी आवश्यकता होती है। प्रारंभ में, आमतौर पर क्वार्ट्ज का उपयोग किया जाता था। हालाँकि, क्वार्ट्ज का कमजोर संक्षारण प्रतिरोध इसे क्षति और बादल बनने का खतरा बनाता है, जिससे व्यूपोर्ट के रूप में इसकी सेवा का जीवन काफी कम हो जाता है। पारभासी एल्यूमिना सिरेमिक ने अपने उत्कृष्ट ऑप्टिकल संप्रेषण, उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध और ढांकता हुआ गुणों के कारण ध्यान आकर्षित किया है।
एल्युमिना सिरेमिक व्यूपोर्ट असाधारण रूप से लंबी सेवा जीवन प्रदर्शित करते हैं। इस अनुप्रयोग के लिए उच्च ऑप्टिकल संप्रेषण उनका मुख्य लाभ है, उच्च शुद्धता प्लाज्मा नक़्क़ाशी के प्रतिरोध को सुनिश्चित करती है, और उच्च घनत्व ढांकता हुआ नुकसान को कम करता है, उपकरण संचालन के दौरान गर्मी उत्पादन को कम करता है। यद्यपि पारभासी एल्यूमिना सिरेमिक प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रतिरोध में अच्छा प्रदर्शन करते हैं, फिर भी उनका ऑप्टिकल संप्रेषण क्वार्ट्ज जैसी सामग्री से पीछे है। विशेष रूप से फ्लोरीन युक्त प्लाज़्मा नक़्क़ाशी वाले वातावरण में, Al, F के साथ प्रतिक्रिया करके AlxFy यौगिक बनाता है, जो न केवल पारभासी एल्यूमिना सिरेमिक के जीवनकाल को छोटा करता है, बल्कि वेफर संदूषण का खतरा भी पैदा करता है।
सेमीकंडक्टर पैकेजिंग में अनुप्रयोग
सेमीकंडक्टर पैकेजिंग प्रक्रियाओं में, एलईडी चिप्स की फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता को अनुकूलित करने के लिए, पैकेजिंग सामग्री के ऑप्टिकल और थर्मल गुणों पर सख्त मानक लगाए जाते हैं। पारदर्शी एल्यूमिना सिरेमिक, पैकेजिंग सामग्री के रूप में, न केवल सहायक सब्सट्रेट और गर्मी अपव्यय मार्गों के रूप में दोहरी भूमिका निभाते हैं, बल्कि अपने अद्वितीय ऑप्टिकल गुणों का लाभ उठाते हुए, यूनिडायरेक्शनल प्रकाश पथों के कारण होने वाली सीमित चमकदार दक्षता के मुद्दे को प्रभावी ढंग से दूर करते हैं। विशेष रूप से, अपने उच्च संप्रेषण का उपयोग करके, उन्हें पारदर्शी सब्सट्रेट्स और पारदर्शी ट्यूबों के रूप में नियोजित किया जाता है, जिससे एलईडी चिप्स द्वारा उत्पन्न प्रकाश को सभी दिशाओं में समान रूप से और अबाधित रूप से फैलने की अनुमति मिलती है, जिससे एलईडी प्रकाश व्यवस्था की समग्र प्रकाश निष्कर्षण दक्षता में काफी वृद्धि होती है। इसके अलावा, पारभासी एल्यूमिना सिरेमिक में उत्कृष्ट कमरे के तापमान वाली तापीय चालकता होती है, जो एलईडी चिप संचालन के दौरान उत्पन्न थर्मल पावर को प्रभावी ढंग से कम करती है, जिससे समग्र प्रदर्शन और स्थिरता में और सुधार होता है।
एलईडी प्रकाश व्यवस्था में पारभासी एल्यूमिना सिरेमिक का अनुप्रयोग
अप्रैल 2026 में, जापान फाइन सेरामिक्स कंपनी लिमिटेड (जेएफसी) ने घोषणा की कि उसने एक प्रोटोटाइप पारभासी एल्यूमिना सब्सट्रेट (लगभग 300 मिमी²) का उत्पादन किया है, एक ऐसा उत्पाद जिसकी सेमीकंडक्टर विनिर्माण प्रक्रियाओं के भीतर उन्नत पैकेजिंग में लगातार बढ़ती मांग देखने की उम्मीद है।
यह पारभासी एल्यूमिना सब्सट्रेट उच्च -शुद्धता वाले एल्यूमिना (99.99% से अधिक) से बना है और इसमें तीन विशेषताएं होने की पुष्टि की गई है:
पराबैंगनी (यूवी) से अवरक्त (आईआर) तरंग दैर्ध्य रेंज में उच्च ऑप्टिकल संप्रेषण।
नीलमणि के बराबर उच्च कठोरता।
उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध.
जेएफसी ने संकेत दिया कि पारभासी एल्यूमिना सब्सट्रेट को आईजीबीटी मॉड्यूल में उच्च {{0}पावर सेमीकंडक्टर पैकेजिंग, एलईडी लाइटिंग, उच्च आवृत्ति संचार (5जी/एमएमवेव) के लिए लागू किए जाने की संभावना है, और विशेष रूप से सीओ {{3}पैकेज्ड ऑप्टिक्स (सीपीओ) जैसे ऑप्टिकल संचार क्षेत्रों के लिए नई संभावनाएं प्रदान करता है, जो उच्च तापीय चालकता और यांत्रिक/रासायनिक स्थिरता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए समर्थन प्रदान करता है।
जेनेरिक एआई के तेजी से प्रसार के साथ, उच्च प्रदर्शन वाले अर्धचालकों की मांग लगातार बढ़ रही है। पारदर्शी एल्यूमिना वेफर्स एक प्रकार का सपोर्ट वेफर है जिसका उपयोग चिपलेट एकीकरण प्रक्रिया के दौरान अर्धचालक चिप्स को अस्थायी रूप से ठीक करने के लिए किया जाता है।
एनजीके इंसुलेटर लिमिटेड ने आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (एआई) और स्वायत्त ड्राइविंग जैसे उन्नत क्षेत्रों में एक प्रमुख तकनीक चिपलेट इंटीग्रेशन की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए वित्तीय वर्ष 2027 तक पारदर्शी एल्यूमिना वेफर्स के लिए अपनी उत्पादन क्षमता को तीन गुना करने की योजना बनाई है। इस विस्तार के माध्यम से, एनजीके समूह का लक्ष्य एक स्थिर आपूर्ति प्रणाली स्थापित करना है और वित्तीय वर्ष 2030 तक उच्च प्रदर्शन वाले सेमीकंडक्टर बाजार में 20 बिलियन येन की बिक्री हासिल करने का प्रयास करना है।
पारदर्शी एल्यूमिना वेफर कई वर्षों में एनजीके द्वारा विकसित और परिष्कृत एक पारदर्शी सटीक सिरेमिक सामग्री "हिसेराम" का उपयोग करता है। "HICERAM" उच्च शुद्धता वाले एल्युमिना (Al₂O₃) पर आधारित एक पारभासी सटीक सिरेमिक सामग्री है। कच्चे माल की शुद्धता, अनाज के आकार और सिंटरिंग प्रक्रियाओं के सटीक नियंत्रण के माध्यम से, यह सामग्री उच्च घनत्व बनाए रखते हुए पॉलीक्रिस्टलाइन एल्यूमिना में अच्छी पारदर्शिता प्राप्त करती है। पारंपरिक सिरेमिक की तुलना में, यह छिद्रों और प्रकाश बिखरने को कम करने में उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदर्शित करता है, जिससे संरचनात्मक ताकत बनाए रखते हुए एक निश्चित डिग्री तक प्रकाश संचरण सक्षम होता है।
उच्च {{0}प्रदर्शन पारभासी एल्यूमिना सिरेमिक तैयार करने के लिए, कम से कम 99.99% की शुद्धता के साथ उच्च {{1}शुद्धता वाले एल्यूमिना पाउडर की आवश्यकता होती है। अशुद्धता तत्व (जैसे सिलिकॉन और लोहा) अनाज की सीमाओं पर बिखरने वाले केंद्र बना सकते हैं, जिससे संप्रेषण गंभीर रूप से कम हो जाता है और सामग्री की सूक्ष्म संरचना प्रभावित होती है; इस प्रकार, पाउडर में अशुद्धता सामग्री को नियंत्रित करना (जितना कम, उतना बेहतर) महत्वपूर्ण है। एक अन्य प्रमुख मुद्दा पाउडर कणों का फैलाव है। यदि कणों का एकत्रीकरण गंभीर है, तो 99.99% शुद्धता वाले कच्चे माल का उपयोग करने पर भी योग्य पारभासी सिरेमिक नहीं मिलेंगे। इसके अतिरिक्त, एल्यूमिना पाउडर की सिंटरिंग गतिविधि पर सख्त आवश्यकताएं रखी गई हैं।