當(dāng)美國商務(wù)部將碳化硅襯底列入出口管制清單時(shí)，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的目光驟然聚焦在一類“不起眼”的材料上——先進(jìn)陶瓷。2024年，全球半導(dǎo)體用先進(jìn)陶瓷市場規(guī)模突破120億美元，但國產(chǎn)化率不足25%，光刻機(jī)靜電卡盤、刻蝕機(jī)陶瓷內(nèi)襯等高端產(chǎn)品仍被日本京瓷、德國CeramTec壟斷。
這場無聲的“陶瓷戰(zhàn)爭”背后，暗藏著半導(dǎo)體制造的底層密碼：從臺(tái)積電3nm工廠里1600℃等離子體刻蝕的陶瓷腔體，到英飛凌車規(guī)級SiC模塊中熱導(dǎo)率180W/m·K的覆銅基板，材料性能的毫厘之差，直接左右著芯片良率、功耗和成本。
如今，隨著華為海思聯(lián)合中瓷電子突破氮化鋁封裝基板技術(shù)，國產(chǎn)替代的齒輪正以超出預(yù)期的速度轉(zhuǎn)動(dòng)——這不僅是材料的突圍，更是一場重塑全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈話語權(quán)的關(guān)鍵戰(zhàn)役。
先進(jìn)陶瓷：半導(dǎo)體制造的“隱形冠軍”
在半導(dǎo)體制造的龐雜產(chǎn)業(yè)鏈中，先進(jìn)陶瓷材料如同“骨骼”般支撐著設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。從刻蝕機(jī)的真空吸盤到光刻機(jī)的碳化硅鏡面，從功率模塊的覆銅基板到熱處理設(shè)備的陶瓷加熱器，這一材料的滲透率已超過半導(dǎo)體設(shè)備零部件總價(jià)值的16%，成為決定設(shè)備性能和芯片良率的關(guān)鍵要素。
1. 設(shè)備核心部件：工藝精度的“守護(hù)者”
半導(dǎo)體設(shè)備對陶瓷零部件的性能要求近乎苛刻：需耐受3000℃高溫等離子體腐蝕（刻蝕腔體）、承受10^-6 Pa級真空環(huán)境（真空吸盤）、保持0.1μm級尺寸穩(wěn)定性（光刻機(jī)鏡面）。以珂瑪科技的氧化鋁靜電卡盤為例，其表面平整度≤3μm，電阻率控制在10^8-10^12 Ω·cm，可精準(zhǔn)固定晶圓并實(shí)現(xiàn)均勻溫度場，直接影響28nm以下制程的良率。而高純碳化硅陶瓷制成的拋光校正平臺(tái)，能確保晶圓表面粗糙度≤0.5nm，助力長江存儲(chǔ)3D NAND實(shí)現(xiàn)128層堆疊。
2. 功率器件基板：第三代半導(dǎo)體的“基石”
新能源汽車800V高壓平臺(tái)和5G基站大功率射頻器件的爆發(fā)，推動(dòng)氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）器件需求激增。江蘇富樂華的覆銅陶瓷載板（AMB基板）熱導(dǎo)率達(dá)180 W/m·K，擊穿電壓＞20 kV，成為英飛凌、三菱電機(jī)車規(guī)級IGBT模塊的核心基材，2024年全球市場份額已突破15%。而康柏工業(yè)的高純氧化鋁陶瓷散熱片，在特斯拉Model 3電控模塊中將溫度波動(dòng)降低40%，器件壽命延長3倍。
3. 封裝與檢測：芯片可靠性的“最后防線”
在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，氮化鋁（AlN）陶瓷因熱膨脹系數(shù)（4.5×10^-6/℃）與硅芯片高度匹配，被用于臺(tái)積電CoWoS封裝中的熱沉材料，使3D堆疊芯片散熱效率提升50%。而中鋁新材料研發(fā)的99.99%純度AlN粉體，成功替代日本德山化工產(chǎn)品，用于華為海思芯片封裝測試探針，成本降低30%。
國產(chǎn)替代加速：從“跟跑”到“并跑”的突圍戰(zhàn)
1. 政策與資本雙輪驅(qū)動(dòng)
國家大基金二期2024年向半導(dǎo)體材料領(lǐng)域注資200億元，珂瑪科技、中瓷電子等企業(yè)獲得超10億元定向支持?！吨袊圃?025》將半導(dǎo)體用先進(jìn)陶瓷列入“工業(yè)強(qiáng)基工程”，要求2025年關(guān)鍵部件國產(chǎn)化率超50%。資本市場亦快速響應(yīng)：珂瑪科技創(chuàng)業(yè)板上市募資15億元，其中8億元投向12英寸靜電卡盤產(chǎn)線，目標(biāo)2025年產(chǎn)能達(dá)5萬片/年。
2. 技術(shù)突破撕開壟斷缺口
在長期被日本京瓷、美國CoorsTek壟斷的高端市場，本土企業(yè)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)突破：
- 靜電卡盤
- 珂瑪科技采用等離子噴涂技術(shù)，將氧化鋁涂層厚度偏差控制在±5μm，2024年在中芯國際12英寸產(chǎn)線份額達(dá)12%；
- 陶瓷加熱器
- 北方華創(chuàng)聯(lián)合中科院上海硅酸鹽所開發(fā)的多層復(fù)合陶瓷加熱體，最高工作溫度1600℃，溫度均勻性±1.5℃，進(jìn)入三星西安工廠供應(yīng)鏈；
- 光刻機(jī)部件
- 長光精瓷的大尺寸碳化硅陶瓷鏡坯（直徑800mm），表面粗糙度達(dá)0.3nm，用于上海微電子28nm光刻機(jī)，打破日本東芝壟斷。
3. 成本優(yōu)勢構(gòu)建護(hù)城河
國內(nèi)企業(yè)的成本控制能力顯著提升：珂瑪科技8英寸氧化鋁靜電卡盤單價(jià)3.8萬元，較日本同類產(chǎn)品低40%；富樂華AMB基板價(jià)格較羅杰斯低25%，但熱疲勞壽命達(dá)1000次循環(huán)（國際標(biāo)準(zhǔn)800次）。價(jià)格優(yōu)勢疊加性能提升，推動(dòng)國產(chǎn)化率從2020年的5%躍升至2024年的25%。
2025前瞻：技術(shù)迭代與生態(tài)重構(gòu)
1. 材料性能躍升：從氧化鋁到氮化硅
隨著半導(dǎo)體設(shè)備向7nm以下制程邁進(jìn)，傳統(tǒng)氧化鋁陶瓷的介電損耗（tanδ＞0.001）已無法滿足需求。中科院寧波材料所研發(fā)的氮化硅（Si3N4）陶瓷，介電損耗降至0.0002，抗彎強(qiáng)度＞800 MPa，可用于EUV光刻機(jī)的反射鏡基座。而華為哈勃投資的賽勒科技，其氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）陶瓷在刻蝕機(jī)腔體的耐等離子體腐蝕壽命較氧化鋁提升3倍。
2. 制造工藝革新：3D打印顛覆傳統(tǒng)
西安交大開發(fā)的選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷部件一次成型。應(yīng)用于中微公司刻蝕機(jī)的氣體分布盤，流道精度達(dá)±0.05mm，較傳統(tǒng)機(jī)加工效率提升5倍，材料浪費(fèi)減少80%。拓普集團(tuán)更將金屬-陶瓷復(fù)合打印技術(shù)用于特斯拉4680電池模組散熱片，熱導(dǎo)率提升至220 W/m·K。
3. 測溫技術(shù)：精密制造的“命門”
在陶瓷燒結(jié)環(huán)節(jié)，溫度控制精度直接決定材料性能。以碳化硅燒結(jié)為例，傳統(tǒng)電阻爐的溫場均勻性±10℃，導(dǎo)致成品率僅60%；而晶盛機(jī)電研發(fā)的微波燒結(jié)設(shè)備，通過多通道紅外測溫（精度±0.5℃）和AI動(dòng)態(tài)調(diào)控，使碳化硅陶瓷致密度達(dá)99%，良率提升至85%。珂瑪科技更在12英寸靜電卡盤生產(chǎn)中引入激光測溫系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測1600℃燒結(jié)過程的溫度梯度，將產(chǎn)品翹曲度從0.1mm降至0.03mm。
結(jié)語：重構(gòu)全球供應(yīng)鏈的權(quán)力游戲
先進(jìn)陶瓷的國產(chǎn)替代戰(zhàn)役，本質(zhì)是一場精密制造能力與材料科學(xué)底蘊(yùn)的終極較量。2025年，隨著中芯國際、長江存儲(chǔ)等晶圓廠產(chǎn)能翻倍，國內(nèi)先進(jìn)陶瓷市場規(guī)模將突破200億元，但高端市場仍有70%依賴進(jìn)口。這場博弈的勝負(fù)手，不僅在于單點(diǎn)技術(shù)的突破，更取決于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的生態(tài)構(gòu)建——從粉體純度控制（中鋁新材料）、到精密加工裝備（北方華創(chuàng)）、再到終端驗(yàn)證（中微公司）的全鏈條打通。當(dāng)中國企業(yè)的成本優(yōu)勢疊加技術(shù)迭代速度，全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的權(quán)力版圖必將迎來新一輪洗牌。
轉(zhuǎn)載原文章來源于中國工陶網(wǎng)