A medida que China impulsa su autosuficiencia en tecnología de semiconductores, los fabricantes nacionales se esfuerzan por producir calentadores cerámicos avanzados. Estos calentadores son componentes esenciales en los equipos de fabricación de chips. Garantizan un control preciso de la temperatura durante los procesos clave de fabricación de semiconductores, lo que los hace indispensables en las fábricas modernas.
¿Por qué son importantes los calentadores cerámicos en la fabricación de semiconductores?
En la producción de semiconductores, las obleas se someten a procesos como la deposición de película delgada (CVD, PECVD, ALD) y el grabado, que requieren un calentamiento extremadamente preciso y uniforme. Los calentadores de metal tradicionales presentan limitaciones a altas temperaturas (superiores a 500 °C) debido a la expansión térmica y al riesgo de contaminación por partículas.
Comparación de rendimiento: Calentadores de nitruro de aluminio (AlN) vs. calentadores de aluminio
| N.º | Artículo | Calentador de aluminio | Calentador de aluminio |
| 1 | Temperatura de funcionamiento | T.R. ~ 450 °C (máx.) | T.R. ~ 800 °C |
| 2 | Punto de fusión | 660,25 °C | 1800 °C (Temperatura de sinterización) |
| 3 | Conductividad térmica | 230 W/m·K | 170–220 W/m·K |
| 4 | Coeficiente de expansión térmica | 23,6 × 10⁻⁶ /°C | 4,03 × 10⁻⁶ /°C |
Ventajas de los calentadores cerámicos
Los calentadores cerámicos fabricados con nitruro de aluminio (AlN), nitruro de silicio (Si₃N₄) o alúmina (Al₂O₃) ofrecen un rendimiento superior:
– Alta conductividad térmica, que garantiza una distribución uniforme del calor en las obleas.
– Excelente resistencia al plasma, lo que les permite soportar entornos hostiles de procesamiento de semiconductores.
– Baja expansión térmica, que evita la deformación y garantiza la estabilidad para la fabricación de chips a escala nanométrica.
Proceso de preparación de calentadores cerámicos
Normalmente, un calentador cerámico consta de un sustrato cerámico con una superficie de carga de obleas y un cuerpo de soporte cilíndrico en la parte posterior. Integrados o impresos sobre el sustrato cerámico se encuentran circuitos de calentamiento por resistencia, junto con elementos conductores como electrodos de radiofrecuencia y electrodos de sujeción electrostáticos.
Según la patente CN104582019A, el proceso implica:
1. Mezcla de polvo de nitruro de aluminio y óxido de itrio mediante molienda de bolas, posterior secado por aspersión y moldeo en cuerpos verdes.
2. Desengrasado y sinterizado para formar cuerpos sinterizados.
3. Serigrafía con pasta conductora (tungsteno, molibdeno o tántalo) para formar circuitos de calentamiento por resistencia.
4. Unión de sustratos cerámicos con materiales de unión a base de AlN y fijación de soportes cilíndricos.
5. Adición de orificios avellanados para exponer los elementos de calentamiento por resistencia, que se conectan a terminales de alimentación externa.
Este método permite patrones de circuitos concéntricos o de vórtice y garantiza un rendimiento de calentamiento fiable.
La apuesta de China por la localización
Las empresas chinas, que antes dependían de las importaciones, ahora están desarrollando rápidamente sus propias soluciones de calentadores cerámicos. Empresas como Xiamen Innovacera han logrado avances en calentadores basados en AlN, valorados por sus propiedades de expansión térmica similares a las del silicio y su resistencia a altas temperaturas.
Se proyecta que el mercado global de calentadores de cerámica de nitruro de aluminio crezca un 10 % anual, alcanzando los 78,5 millones de dólares estadounidenses para 2031, impulsado por la creciente demanda de semiconductores avanzados. Sin embargo, desafíos como el control de la corriente de fuga y la integración de electrodos de radiofrecuencia aún limitan su adopción generalizada.
Perspectivas futuras
“Localizar la producción de calentadores cerámicos es crucial para la seguridad de la cadena de suministro de semiconductores en China”, afirmó un experto del sector. Con una mayor inversión en I+D, China busca reducir su dependencia de proveedores extranjeros y fortalecer su posición en la fabricación de equipos semiconductores de alta gama.
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