先进陶瓷分类及其在半导体设备的应用

更新时间：2024-11-20  作者: 上海五星体育直播入口

  先进陶瓷材料属于陶瓷材料的一种。陶瓷材料具备优良材料特性，与金属材料、高分子材料并列为当代“三大固体材料”。陶瓷材料与金属、高分子材料对比如下：

  先进陶瓷的优良物理、化学和生物等性能与普通陶瓷有极大差别，源自其原材料、 制造工艺和精工艺流程的更高技术标准，具体对比如下：

  ①按照材料，先进陶瓷大致上可以分为氧化物、氮化物和碳化物陶瓷等。其中，氧化物陶瓷（尤其是氧化铝陶瓷）研究和产业化应用较早，目前应用领域最为广泛，使用规模也最大。中国各材料先进陶瓷市场规模如下：

  ②按照用途，先进陶瓷可分为主要具有强机械性能、耐腐蚀等理化特性的结构陶瓷和具有电、磁等特性的功能陶瓷，具体如下：

  全球先进陶瓷发展历史悠远长久，研发与工业化生产已经有超过100年的时间。二十世 纪八十年代以来，先进陶瓷在全球得到突飞猛进的发展。

  日本在先进陶瓷的产业化和工业、民用领域应用方面占据领头羊，日资企业在全球先进陶瓷领域占据约50%的市场占有率。日本自二十世纪八十年代以来，将先进陶瓷的研发制造放在国际竞争中的战略性地位，不断加大投资力度。在电子陶瓷、光导 纤维、高韧性陶瓷、陶瓷敏感原件、泡沫陶瓷、超塑性陶瓷、塑胶复合陶瓷、高性能 陶瓷电池和陶瓷发动机部件等领域均处于国际领头羊。

  美国高温结构先进陶瓷的发展良好，在航空航天和核能领域应用处于领先地位。2000年，美国陶瓷协会和美国国家能源部联合资助并实施了为期20年的美国先进陶瓷发展计划，旨在推动先进陶瓷成为一种经济适用的首选材料，并应用于节能环保、新 一代信息技术、生物医药、高端装备制造和新能源等战略性新兴起的产业中。

  欧洲在机械装备领域先进陶瓷处于领头羊，产业重点为应用在发电设备中的新型材料技术，如陶瓷活塞盖、排气管里衬、涡轮增压转子和燃气轮转子等。根据弗若斯特沙利文数据，2021年全球先进陶瓷市场规模达到3818亿元，其中先进结构陶瓷为1067亿元，占比28%；预计2022年至2026年全球先进结构陶瓷市场规模复合增速为4%。

  2021年中国先进陶瓷市场规模达到890亿元，约占全球市场的23%；中国先进结构 陶瓷市场规模为189亿元，占中国先进陶瓷市场的21%。弗若斯特沙利文预计2022年至2026年中国先进结构陶瓷市场规模复合增速为11%。

  中国先进陶瓷市场起步较晚，根据弗若斯特沙利文数据，2015年中国先进结构陶瓷国产化率仅约为5%，到2021年已提高至约20%，行业多项关键零部件产品不同程度 上实现了国产替代。在半导体领域，目前国内晶圆厂所使用制造设备的先进结构陶瓷 零部件国产化水平仍然较低，根据弗若斯特沙利文数据，2021年中国大陆国产半导体设备的先进结构陶瓷零部件国产化率仅约为19%。 在显示面板领域，国内显示面板CVD设备制造商市场占有率较低，2021年显示面板CVD设备用大尺寸氧化铝陶瓷的本土供应商的全球市场占有率超过30%。

  半导体设备是半导体产业链的关键支撑，是半导体制造的基石。半导体设备企业依照其设计协调产业链内精密零部件的整合，各类精密零部件完美配合实现技术应用。设备由腔室内和腔室外组成，陶瓷大部分用在离晶圆更近的腔室内。

  先进陶瓷零部件因其在半导体设备中所处的位置和重要性，其半导体领域产业化必须在以下三方面满足严苛要求：

  A. 先进陶瓷材料性能：一定要满足半导体设备对材料在机械力学、热、介电、耐酸碱和等离子体腐蚀等方面的综合性能要求。

  B. 硬脆难加工材料精密加工：先进陶瓷材料属于硬脆难加工材料，半导体设备对零部件的精度要求高，加工始终是陶瓷零部件在半导体设备应用的瓶颈之一。

  C. 加工后的新品表面处理：由于半导体设备中陶瓷零部件通常紧密围绕着晶圆， 一些甚至非间接接触晶圆，因此对其表面金属离子和颗粒的控制极为严格，加工后的表面处理是陶瓷零部件在半导体设备中应用的关键技术之一。

  在供应商批量生产先进陶瓷材料零部件前，客户首先对供应商进行资质认证，以及 对材料和零部件产品做认证、验证。

  先进陶瓷材料零部件的工艺流程最重要的包含混料、造粒、生坯成型、生坯加工、 烧结、精加工、质量检验和表面处理等步骤。具体的工艺流程图如下：

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