中国粉体网讯 在半导体产业生态中，半导体制造设备构成了其核心支柱，具有举足轻重的地位。根据SEMI发布的《年中总半导体设备市场预测报告》，释放出行业高增长信号。数据显示，2026年全球半导体制造设备（OEM）总销售额预计达1659亿美元，同比增长23.2%，创下历史新高。行业增长势头将持续延续，预计2028年全球设备销售额将突破2295亿美元，实现连续五年稳步增长。
行业的高速扩容，这使得半导体制造设备在设计和制造上不断追求更高的复杂性和精密性。在此过程中，高性能陶瓷作为一种关键的零部件材料，在半导体制造中发挥着关键的作用。高性能陶瓷部件的研发和生产，直接关系到半导体产业链的稳健发展和技术进步。
高性能陶瓷材料有非常优异的综合性能，诸如高强度、高硬度、高耐磨性、高绝缘性、低热膨胀、高耐腐蚀性、高化学稳定性等。其在半导体制造中可作为抛光板、抛光磨垫矫正平台、真空吸盘、加热器、静电夹盘等半导体制造设备零部件使用。
半导体制造用高性能陶瓷零部件
高性能陶瓷材料主要包括：氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅等，不同的陶瓷材料不同的特性，在半导体领域中的应用场景也有所不同。其中，氧化铝陶瓷在半导体领域中有着更为广泛的应用。
几种常见半导体用陶瓷的应用
氧化铝陶瓷的性能及分类
氧化铝陶瓷是集成电路制造核心装备不可或缺的重要绝缘材料之一，随着芯片制程升级，氧化铝陶瓷的纯度和性能要求也不断升级。通常来说，氧化铝陶瓷是通过氧化铝含量来分类的，一般可分为普通型氧化铝陶瓷和高纯型氧化铝陶瓷。普通型氧化铝陶瓷还可以按氧化铝含量进行细分，如75瓷、96瓷、99瓷等；高纯型氧化铝陶瓷是指氧化铝含量大于99.9%的陶瓷材料。
目前半导体装备用氧化铝陶瓷纯度基本在99.5%以上，刻蚀级氧化铝陶瓷的纯度达到99.8%以上，甚至达到4N级（99.99%），呈透明或半透明状态，性能指标达到蓝宝石单晶的水平，并且由于是细晶结构，某些性能如抗弯强度和抗压强度等甚至优于蓝宝石单晶。
不同氧化铝含量的氧化铝陶瓷的主要性能
氧化铝透明陶瓷在半导体中的应用
氧化铝透明陶瓷属于高纯型氧化铝陶瓷中的一种，因其具有一定的光学透过率可作为功能结构一体化的陶瓷材料使用。高度致密和极少的气孔及杂质缺陷的结构特征，使氧化铝透明陶瓷往往比普通的高纯型氧化铝陶瓷具有更为优异的综合性能。对比蓝宝石单晶，氧化铝透明陶瓷在力学性能上更具优势，被认为是结构功能一体化的优选陶瓷材料之一。
半导体设备中的应用
在半导体制程中，刻蚀工艺是至关重要的工艺环节。特别地，刻蚀机视窗镜的选材不仅要求具备高透过率，初始阶段多使用石英材质。然而，石英的耐蚀性较弱，导致其易于受损模糊，显著降低了作为视窗镜的使用寿命。氧化铝透明陶瓷因其卓越的光学透过率、出色的化学耐蚀性和介电性能而备受瞩目。
氧化铝陶瓷作为视窗镜展现了极长的服役寿命，其高光学透过率是氧化铝透明陶瓷作为视窗镜应用的核心优势，而高纯度确保了其耐等离子体刻蚀性能，高致密性则降低了介电损耗，减少了半导体制造设备使用过程中的热量产生。尽管氧化铝透明陶瓷在耐等离子体刻蚀性能上表现出色，但其光学透过率相较于石英等材料仍有差距。特别是在含氟等离子体刻蚀环境中，Al与F反应生成AlxFy化合物，这不仅缩短了氧化铝透明陶瓷的使用寿命，还存在污染晶圆的风险。
半导体封装中的应用
在半导体封装工艺中，为优化LED芯片的光电转换效率，对封装材料的光学及热学性能提出了更为严苛的标准。氧化铝透明陶瓷作为封装材料，不仅承担了支撑基体和散热通道的双重角色，更凭借其独特的光学特性，有效克服了因光路单向性而导致的发光效率受限问题。具体而言，氧化铝透明陶瓷以其高透过率特性，被用作透明基板及透明灯管，使得LED芯片产生的光线能够均匀、无阻碍地向各个方向传播，从而显著提升了LED照明的整体出光效率。此外，氧化铝透明陶瓷还拥有出色的室温热导率，这一特性有效降低了LED芯片在服役过程中产生的热功耗，进一步提升了LED照明的整体性能与稳定性。
氧化铝透明陶瓷在LED照明中的应用
2026年4月，日本精密陶瓷株式会社（JFC）宣布，公司已生产出原型半透明氧化铝基板（约300mm2），该产品预计将在半导体制造工艺中的先进封装领域中需求持续扩大。
该透光性氧化铝基板以高纯度氧化铝（99.99%以上）为原料制成，已确认具备三个特性：
1）在紫外（UV）至红外（IR）波段具有较高光透过率；
2）具备与蓝宝石（sapphire）同等水平的高刚性；
3）具有优异的耐化学腐蚀性能。
JFC透露，半透明氧化铝基板很有可能应用于高功率半导体封装的IGBT模块、LED照明、高频通信（5G/毫米波），尤其为光电共封装（CPO）等光通信领域提供了新的可能性，为高导热性、机械/化学稳定性的应用提供支撑。
随着生成式人工智能的迅速普及，高性能半导体的需求不断增长。透光氧化铝晶圆是一种支撑晶圆，在芯粒集成过程中用于临时固定半导体芯片。
日本碍子株式会社将于2027财年前把透光氧化铝晶圆的生产能力提升至目前的三倍，以满足在人工智能（AI）和自动驾驶等先进领域中关键技术——芯粒集成（Chiplet Integration）——不断增长的需求。通过此次扩产，NGK集团旨在建立稳定的供应体系，并力争到2030财年在高性能半导体市场实现200亿日元的销售额。
透光氧化铝晶圆采用了NGK多年研发和改良的透光陶瓷材料“HICERAM”。“HICERAM ”是一种以高纯度氧化铝（Al2O3）为基础开发的透光性精密陶瓷材料。该材料通过对原料纯度、晶粒尺寸以及烧结工艺的精密控制，使多晶氧化铝在保持高致密度的同时实现良好的透光性能。与传统陶瓷相比，它在减少气孔、降低光散射方面表现突出，因此能够在兼具结构强度的同时实现一定程度的光线透过。
制备高性能氧化铝透明陶瓷需采用纯度不低于99.99%的高纯氧化铝粉末，杂质元素（如硅、铁等）会在晶界处形成散射中心，严重降低透光率，会影响材料的显微结构，需要注意控制粉体中的杂质含量（越低越好）。还有一个关键问题就是粉体颗粒的分散性，如果颗粒团聚严重，即使采用99.99%纯度的原料也制备不出合格的透明陶瓷。同时，对氧化铝粉体的烧结活性要求也很严格。
来源：
苏建辉：高纯氧化铝纳米粉体的制备及其在透明陶瓷中的应用
莫鋆：半导体用高性能氧化铝透明陶瓷的制备与性能研究
Advanced Ceramics
（中国粉体网编辑整理/空青）
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