Componentes cerâmicos de precisão referem-se principalmente a peças cerâmicas de alta precisão e estrutura complexa usadas em equipamentos de semicondutores. Esses componentes cerâmicos de precisão são peças-chave de equipamentos de semicondutores, e sua P&D e produção afetam diretamente o desenvolvimento da indústria de semicondutores. Nos últimos anos, com os ajustes nas políticas nacionais, a indústria de semicondutores tem se desenvolvido rapidamente e sua escala tem crescido significativamente. À medida que os equipamentos de fabricação de semicondutores continuam a evoluir para maior precisão e complexidade, os requisitos técnicos para componentes-chave cerâmicos de alta precisão também estão aumentando. Devido às vantagens da cerâmica — alta dureza, alto módulo de elasticidade, alta resistência ao desgaste, alta isolação, resistência à corrosão e baixa expansão térmica — elas podem ser usadas como componentes em polidoras de wafers, equipamentos de tratamento térmico epitaxial/oxidação/difusão, máquinas de litografia, equipamentos de deposição, equipamentos de gravação de semicondutores e implantadores de íons. As cerâmicas semicondutoras incluem alumina, nitreto de silício, nitreto de alumínio e carbeto de silício. Em equipamentos de semicondutores, a cerâmica de precisão representa aproximadamente 16% do valor total.

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Entende-se que um grande número de componentes de precisão em cerâmica de óxido é utilizado em equipamentos semicondutores. Por exemplo, revestimentos de Al₂O₃ de alta pureza ou cerâmicas de Al₂O₃ são usados como materiais protetores para câmaras de gravação e componentes internos. Além das câmaras, bicos de gás, placas de distribuição de gás e anéis de retenção para fixar wafers em equipamentos de plasma também requerem cerâmicas de alumina. Em processos de polimento de wafers, cerâmicas de alumina são amplamente utilizadas em pratos de polimento, plataformas de condicionamento de almofadas de polimento e mandris a vácuo.

(Placa de polimento de alumina, fonte: Kyocera, Japão)

Além disso, como mencionamos acima, as cerâmicas de zircônia são o material principal para a fabricação de capilares de ligação, que são ferramentas essenciais em processos de ligação de fios.

Materiais de carboneto de silício possuem um módulo de elasticidade, condutividade térmica extremamente altos e um baixo coeficiente de expansão térmica. Eles não são propensos à deformação por estresse de flexão ou deformação térmica e possuem excelente polibilidade, permitindo que sejam usinados em superfícies espelhadas superiores. Portanto, o uso de carboneto de silício como material para componentes estruturais de precisão em equipamentos semicondutores chave, como máquinas de litografia, oferece vantagens significativas.

(Conjunto de estágio de movimento fino de carboneto de silício)

Como um composto de ligação covalente, o nitreto de silício possui baixo coeficiente de expansão térmica, alta condutividade térmica, excelente resistência à corrosão química e notável resistência ao choque térmico. O Si₃N₄ sinterizado por prensagem a quente apresenta dureza extremamente alta e excelente resistência a altas temperaturas. Sua resistência permanece inalterada em altas temperaturas de até 1200°C, e ele não derrete quando aquecido, decompondo-se apenas a 1900°C. Portanto, as cerâmicas de nitreto de silício são consideradas o "material cerâmico com o melhor desempenho geral" e são usadas para fabricar plataformas, guias, rolamentos e outros componentes em equipamentos de semicondutores.

(Fonte da imagem: Haituo Innovation)

Os mandris eletrostáticos atuais usam principalmente cerâmicas de alumina como material principal. No entanto, a condutividade térmica e as propriedades mecânicas relacionadas da alumina são inferiores às das cerâmicas de nitreto de alumínio. Portanto, o uso de cerâmicas de nitreto de alumínio em vez de cerâmicas de alumina como material de fabricação para mandris eletrostáticos é uma tendência futura.

Em máquinas de litografia de ponta, para alcançar alta precisão de processamento, é necessário usar amplamente componentes cerâmicos com boas propriedades funcionais compostas, estabilidade estrutural, estabilidade térmica e precisão dimensional. Estes incluem E-chucks, vacuum chucks, blocos, placas refrigeradas a água para quadros de aço magnético, refletores e trilhos de guia. Esses componentes chave são tipicamente feitos de materiais cerâmicos.

(Quadro refrigerado a água para motor de varredura)

(Espelho retangular para máquina de litografia)

Em equipamentos de gravação, os componentes feitos de materiais cerâmicos incluem principalmente visores, placas de distribuição de gás, bicos, anéis isolantes, placas de cobertura, anéis de foco e mandris eletrostáticos. À medida que os tamanhos das características dos chips diminuem e a energia do plasma à base de halogênio aumenta gradualmente, a resistência à gravação por plasma das câmaras de gravação e dos componentes internos torna-se cada vez mais importante. Em comparação com materiais orgânicos e metálicos, os materiais cerâmicos geralmente possuem melhor resistência à corrosão física e química e podem operar em temperaturas mais altas. Portanto, na indústria de semicondutores, vários materiais cerâmicos tornaram-se o material de escolha para a fabricação de componentes centrais em equipamentos para produção de wafers de silício monocristalino de semicondutores e etapas de processamento front-end.

(Fonte da imagem: Kyocera, Japão)

(Anel de carboneto de silício fabricado pela Maruwa, Japão)

(Mandril eletrostático, fonte da imagem: Haituo Innovation)

Outro exemplo é a ponteira de ligação cerâmica, uma ferramenta essencial no processo de ligação de fios. O componente principal de ponteiras de ligação cerâmicas de alguns fabricantes é a alumina reforçada com zircônia. Sua microestrutura é uniforme e densa, com uma densidade aumentada para 4,3 g/cm³. O teor de zircônia tetragonal e a microestrutura uniforme e densa conferem às ponteiras de ligação cerâmicas dopadas com zircônia propriedades mecânicas excepcionalmente boas, reduzindo o desgaste da ponta e a frequência de substituição durante o processo de ligação de fios.

(Capilar de ligação cerâmico, fonte: Sanhuan Group)

Um dispositivo semicondutor pode parecer ser feito de metal e plástico, mas na verdade contém muitos componentes cerâmicos de precisão com tecnologia avançada. Em resumo, as cerâmicas de precisão são usadas em equipamentos semicondutores de forma muito mais extensa do que poderíamos imaginar.

Devido às suas excelentes propriedades, as cerâmicas de precisão são amplamente utilizadas em defesa nacional, engenharia química, metalurgia, eletrônica, máquinas, aviação, aeroespacial e biomedicina, entre outros campos. Elas se tornaram materiais-chave para o desenvolvimento nesses setores e atraíram atenção significativa de países industrialmente desenvolvidos. Seu desenvolvimento influencia grandemente o progresso e o avanço de outras indústrias.

Atualmente, há uma clara tendência de rápido progresso tecnológico, expansão dos campos de aplicação e crescimento constante do mercado na indústria global de cerâmicas de precisão. Devido a altas barreiras técnicas, a indústria de cerâmicas de precisão tem sido dominada por muito tempo por Japão, Estados Unidos e algumas empresas europeias com tecnologias únicas. Entre estes, o Japão é o maior produtor de cerâmicas de precisão, com uma gama abrangente de produtos, alta produção, amplos campos de aplicação e desempenho geral superior, detendo uma posição dominante no mercado de cerâmicas, especialmente no mercado de cerâmicas eletrônicas. Cerâmicas estruturais de alta temperatura são um foco chave do desenvolvimento de cerâmicas de precisão nos Estados Unidos. Adicionalmente, países da UE, particularmente Alemanha e França, realizaram pesquisas focadas no campo de cerâmicas estruturais, concentrando-se principalmente em equipamentos de geração de energia, novos materiais de energia e componentes cerâmicos para motores.

A China realizou pesquisa e desenvolvimento em quase todos os materiais cerâmicos de precisão industrial. Através de projetos de P&D como o "Sexto Plano Quinquenal", "Sétimo Plano Quinquenal", "Oitavo Plano Quinquenal", "Programa 863", "Programa 973", "Programa de Apoio à Ciência e Tecnologia" e "Grandes Projetos Nacionais de Ciência e Tecnologia", as capacidades de pesquisa e desenvolvimento da China para materiais cerâmicos de precisão melhoraram significativamente.

Os principais métodos para preparar pós cerâmicos na China incluem reação em estado sólido, reação em fase líquida e reação em fase gasosa. Com o desenvolvimento da nanotecnologia, os pós produzidos por reações em fase gasosa apresentam características como grande área superficial, alta esfericidade e distribuição estreita do tamanho de partícula, fornecendo uma base fundamental para a preparação de cerâmicas de alto desempenho.

As principais tecnologias de conformação utilizadas na indústria de cerâmicas de precisão da China incluem prensagem isostática a frio (um tipo de prensagem a seco), moldagem por injeção (um tipo de moldagem plástica), colagem de fitas (um tipo de moldagem por suspensão) e gel casting.

A indústria de cerâmica de precisão da China utiliza principalmente as tecnologias de sinterização por prensagem a quente (HP) e sinterização por pressão de gás (GPS). A China rompeu os bloqueios tecnológicos estrangeiros em cerâmica de nitreto de silício sinterizada por pressão de gás de grande porte e alcançou a localização tecnológica.

Tecnologias de usinagem como eletroerosão (EDM), usinagem ultrassônica, usinagem a laser e usinagem química estão sendo gradualmente aplicadas ao processamento de cerâmica.

Em comparação com a indústria de cerâmica de precisão no exterior, a maioria dos produtos de cerâmica de precisão fabricados na China tem baixo valor agregado. Muitos componentes cerâmicos com alto conteúdo técnico em produtos eletrônicos finais ainda precisam ser importados em grandes quantidades. Questões como purificação de matérias-primas, componentes de alta densidade, grandes tamanhos, formas complexas e alvos cerâmicos precisam urgentemente ser abordadas. Os indicadores de desempenho de alguns materiais domésticos ainda não atingiram o nível de materiais estrangeiros similares, a precisão do equipamento é baixa e equipamentos de ponta dependem de importações. A integração da indústria, academia, pesquisa e aplicação não é suficientemente próxima, e as conquistas de laboratório recebem atenção inadequada, levando a uma séria desconexão com aplicações práticas.

Atualmente, a tecnologia e os processos de fabricação da China para pós cerâmicos de alta pureza, ultrafinos e de alto desempenho ainda estão significativamente atrás de países como Japão e Estados Unidos, com materiais em pó de ponta continuando a ser importados principalmente. Além disso, há uma lacuna considerável na tecnologia eficiente de dispersão de pós. A introdução de equipamentos de ponta melhorou nosso nível de equipamentos tecnológicos em certa medida, mas envolve um investimento significativo e pressão financeira para as empresas. Com o desenvolvimento de equipamentos domésticos de ponta para preparação, a demanda por materiais e componentes cerâmicos que atendam a requisitos específicos de desempenho de material está aumentando. No entanto, devido a limitações no nível de fabricação de materiais cerâmicos de ponta da China, materiais importados ainda são amplamente necessários. No geral, a transição da China de um grande país para um país forte em cerâmicas avançadas enfrenta principalmente os seguintes problemas:

A China depende fortemente de importações para estas duas importantes matérias-primas de pó cerâmico avançado, principalmente de empresas japonesas como UBE e Tokuyama Soda. Estes materiais não são apenas caros, mas também têm uma fiabilidade de fornecimento incerta. Os fabricantes nacionais têm lacunas consideráveis no desempenho do pó, na estabilidade da produção em lote e na consistência. Isto dificulta a industrialização de muitos produtos cerâmicos de alto valor agregado, como esferas de rolamento cerâmicas de ponta e substratos cerâmicos de alta condutividade térmica e alta resistência.

Com o rápido desenvolvimento de veículos de nova energia, ferrovias de alta velocidade, energia eólica e estações base 5G, há uma enorme demanda por substratos de cerâmica de nitreto de silício de próxima geração com alta condutividade térmica e alta resistência usados em IGBTs (dispositivos de alta potência para essas novas indústrias). A demanda anual apenas do Grupo CRRC atinge 5 milhões de unidades. Empresas como Kyocera (Japão) e Rogers Corporation (EUA) já conseguem produzir em massa e fornecer substratos de cerâmica de nitreto de silício gravados e revestidos de cobre. A China começou mais tarde neste campo, mas nos últimos anos, instituições de pesquisa universitárias e algumas empresas aceleraram P&D, alcançando progresso significativo, com condutividade térmica superior a 90 W/m·K, resistência à flexão superior a 650 MPa e tenacidade à fratura superior a 6,5 MPa·m¹/². No entanto, ainda há uma lacuna antes da industrialização.

Substrato cerâmico de nitreto de silício de alta condutividade térmica e alta resistência

Substratos revestidos de cobre com alta condutividade térmica à base de nitreto de alumínio ou nitreto de silício para IGBTs ainda são, em sua maioria, importados, especialmente para módulos de controle de dispositivos de alta potência em trens de alta velocidade. A tecnologia doméstica de revestimento de cobre em substratos ainda não atende totalmente aos rigorosos requisitos para placas revestidas de cobre, por exemplo, em termos de resistência ao ciclo térmico. Atualmente, a comunidade internacional adotou a tecnologia avançada de soldagem por metal ativo (AMB) para o revestimento de cobre, que oferece maior resistência de união e melhor resistência a ciclos térmicos em comparação com a ligação direta de cobre (DBC).

Para muitos produtos cerâmicos de alumina de alta qualidade, como biocerâmicas à base de alumina, substratos cerâmicos, tubos de vácuo, cerâmicas têxteis resistentes ao desgaste e cerâmicas de vácuo eletrônicas, o pó de alumina ainda depende de importações do Japão, Alemanha e Estados Unidos. Isso é particularmente verdade para a produção de componentes cerâmicos de alumina com teor de alumina de 99,5%, 99,7%, 99,8% e 99,9%, caracterizados por grãos finos, estrutura uniforme, boas propriedades eletromecânicas e resistência ao desgaste. Os fabricantes nacionais têm lacunas no controle do teor de impurezas no pó de alumina, na atividade de sinterização e, especialmente, na uniformidade da microestrutura e nas propriedades do material após a sinterização.

Sensores de pressão capacitivos planares de cerâmica de alumina são usados em grandes quantidades em vários automóveis, representando um mercado avaliado em quase 100 bilhões de RMB. No entanto, essas placas de alumina são atualmente importadas principalmente. As placas de alumina domésticas apresentam lacunas em módulo de elasticidade, contagem de ciclos de deformação elástica, vida útil e confiabilidade, e ainda não entraram em aplicação prática comercial.

Sensores de oxigênio de zircônia plana desempenham um papel significativo na redução de emissões nocivas de escapamentos de automóveis e na melhoria da economia de combustível. Atualmente, os sensores de oxigênio automotivos mais comuns são sensores de zircônia do tipo célula de concentração. Nos últimos anos, o número de carros na China tem aumentado, e cada carro precisa de pelo menos dois sensores de oxigênio. O mercado de sensores de oxigênio está crescendo a uma taxa anual de 30%, e os sensores de oxigênio são peças consumíveis que geralmente precisam de substituição a cada intervalo de manutenção principal (ou mesmo anualmente). Atualmente, quase todos os sensores de oxigênio automotivos na China são inteiramente importados ou montados a partir de componentes importados. O enorme mercado de sensores de oxigênio automotivos, as rigorosas regulamentações de emissões automotivas e a falta de tecnologia relevante na China tornam particularmente urgente e importante a pesquisa e o desenvolvimento de produtos de sensores de oxigênio com bom desempenho, alta confiabilidade e propriedade intelectual própria. Os principais fabricantes de sensores de oxigênio automotivos incluem Bosch, Delphi, Denso, NTK e Kefico, juntamente com suas joint ventures e subsidiárias em várias regiões. A Bosch é a maior fabricante de sensores de oxigênio. Além disso, algumas empresas estrangeiras de cerâmica, contando com suas fortes capacidades de desenvolvimento de cerâmica, produzem elementos sensores e aquecedores de cerâmica para sensores de oxigênio, como a Kyocera.

A demanda de mercado por próteses de quadril biocerâmicas é enorme, com uma média de uma cirurgia de substituição de quadril de cerâmica ocorrendo a cada dois minutos em todo o mundo. Atualmente, estas são produzidas principalmente por empresas como CeramTec (Alemanha) e Kyocera (Japão), e a China precisa importar grandes quantidades a cada ano. Os requisitos de desempenho do material e de confiabilidade para próteses de quadril de cerâmica são extremamente altos, com uma vida útil de pelo menos 20 anos. O material produzido pela CeramTec, uma cerâmica compósita à base de Al₂O₃ reforçada e tenaz sinergicamente por grãos de plaquetas de ZrO₂ e SrAl₁₂₋ₓCrₓO₁₉, atingiu resistência à flexão e tenacidade à fratura de 1380 MPa e 6,5 MPa·m¹/², respectivamente. A China não possui um produto equivalente nesta área.

Rolamentos cerâmicos utilizados em equipamentos de ponta, como motores aeroespaciais, geradores de energia eólica e máquinas-ferramentas CNC, exigem não apenas altas propriedades mecânicas e térmicas, mas também excelente resistência ao desgaste, confiabilidade e longa vida útil. Ainda existe uma lacuna significativa entre as esferas de rolamento de cerâmica de nitreto de silício domésticas e as fabricadas pela Toshiba Ceramics (Japão). Comparados a empresas de rolamentos de renome internacional como SKF (Suécia), FAG (Alemanha) e KOYO (Japão), os rolamentos da China ainda estão na faixa intermediária a baixa da cadeia industrial. Produtos de ponta utilizados em energia eólica e máquinas-ferramentas CNC ainda dependem de importações.

Para materiais cerâmicos transparentes e transmissores de infravermelho usados em aplicações de defesa e militares, como Y₂O₃, MgO, AlON, MgAl₂O₄ e cerâmicas transparentes Nd:YAG (laser). Atualmente, nossa tecnologia é limitada à produção de tamanhos relativamente pequenos. Enfrentamos desafios na produção de materiais cerâmicos transparentes e transmissores de ondas de grande porte (até 0,5 metros internacionalmente), com lacunas tanto na tecnologia de processamento quanto em equipamentos.

As linhas de produção de semicondutores requerem inúmeras peças de reposição em cerâmica, como placas de cerâmica, braços de cerâmica, anéis de cerâmica e retentores. Estes envolvem vários materiais cerâmicos estruturais, incluindo alumina, nitreto de alumínio e carboneto de silício. Estas peças exigem alta pureza de material, densidade uniforme, precisão de processamento extremamente alta e acabamento de superfície. Apenas algumas empresas nacionais fornecem alguns desses produtos, e as peças de reposição de nitreto de alumínio e carboneto de silício de alta qualidade ainda dependem de importações.

Recomenda-se que as autoridades estatais relevantes aumentem ainda mais o apoio à P&D de componentes cerâmicos de precisão e ao desenvolvimento da indústria na implementação do "Plano Nacional de Promoção do Desenvolvimento da Indústria de Circuitos Integrados". Ao integrar sistemas de pesquisa, associações industriais e alianças, deve-se dar prioridade à concentração de recursos em todo o país para selecionar e apoiar um lote de empresas com potencial e competitividade internacional, impulsionando assim o desenvolvimento de toda a indústria.

Recomenda-se que as autoridades estatais relevantes incentivem grandes empresas estatais nos setores de equipamentos, materiais, produtos químicos e outros a participar do desenvolvimento da indústria de cerâmica de precisão. Estabelecer metas de orientação para a localização de equipamentos e componentes, criar um mecanismo de orientação para a localização de componentes/materiais chave que combine orientação fiscal com seguro tecnológico, e incentivar empresas domésticas de equipamentos semicondutores a adquirir componentes de cerâmica de precisão domésticos através do apoio do financiamento governamental e produtos de seguro orientados para o mercado. Incentivar empresas e universidades a estabelecerem conjuntamente instituições de P&D tecnológico e de testes/certificação, acelerando o estabelecimento de um sistema de serviços tecnológicos para a localização de componentes e materiais chave como cerâmica de precisão.

Recomenda-se que as autoridades estaduais relevantes estabeleçam centros de assistência à propriedade intelectual em aglomerados da indústria de cerâmica de precisão. Orientar e auxiliar as empresas no tratamento de litígios de propriedade intelectual, encurtando o ciclo de revisão e autorização de PI e aumentando as penalidades por infração, protegendo assim o ímpeto de inovação em P&D. Atrair empresas-chave de cerâmica de precisão para se estabelecerem em áreas alfandegadas e alavancar políticas fiscais diferenciadas em zonas específicas para aliviar as pressões atuais de custos de P&D e desenvolvimento na indústria de semicondutores. Simultaneamente, fortalecer a coordenação e integração de políticas para o cultivo de talentos técnicos especializados para empresas de cerâmica de precisão, apoiando as autoridades locais na prestação de serviços de apoio a membros da equipe principal em áreas como registro de residência, educação infantil e cuidados de saúde, especialmente suporte de serviços para equipes de talentos recrutadas de empresas estrangeiras líderes.

Recomenda-se aprimorar ainda mais as funções de negociação das Bolsas de Valores de Xangai e Shenzhen e aproveitar o estabelecimento da Bolsa de Valores de Pequim como uma nova oportunidade para criar setores de novos materiais dedicados a cerâmicas de precisão e outros materiais avançados dentro das três bolsas de nível nacional, apoiando precisamente pequenas e médias empresas com competitividade central em novos materiais. Incentivar fundos de longo prazo, como seguros e fundos de investimento, a aumentar os investimentos em ações de pequenas e médias empresas notáveis não listadas, estabelecendo canais razoáveis para entrada e saída de capital, removendo obstáculos e acelerando o crescimento de empresas de "tecnologia central" no setor de novos materiais.

Adicionalmente, vale ressaltar que o Quinto Fórum Avançado de Cerâmicas em Aplicações e Desenvolvimento Industrial de Semicondutores será realizado em grande estilo no dia 11 de junho de 2026, no Pullman Suzhou Zhonghui Hotel. O fórum convidará acadêmicos, especialistas, estudiosos e executivos de renomadas empresas nacionais e internacionais na área de materiais cerâmicos para semicondutores para participar e proferir palestras. O fórum se concentrará em materiais cerâmicos avançados utilizados em equipamentos semicondutores chave (como máquinas de litografia, máquinas de gravação por plasma, implantadores de íons, sistemas de deposição de filmes finos CVD e PVD, fornos de difusão de tratamento térmico, etc.), incluindo alumina de alta pureza, nitreto de alumínio, carbeto de silício, nitreto de silício, óxido de ítrio, cordierita e CVD-SiC. Também abrangerá componentes cerâmicos chave como aquecedores cerâmicos, mandris eletrostáticos, mandris a vácuo, anéis de foco, trilhos guia cerâmicos de baixa e quase zero expansão, e estágios de peça para máquinas de litografia. O fórum também abordará tecnologias para formação, sinterização, usinagem de precisão e limpeza de cerâmicas de grau semicondutor, bem como materiais de wafer semicondutores de carbeto de silício de terceira geração. O fórum facilitará intercâmbios interativos sobre novas tecnologias, novos processos, novos materiais, novas aplicações, novos mercados e desenvolvimento da cadeia industrial para componentes cerâmicos de precisão de grau semicondutor de alto desempenho, proporcionando valiosas oportunidades de comunicação e intercâmbio entre empresas a montante e a jusante na indústria de cerâmica para semicondutores. Serão discutidas as tendências de desenvolvimento e novas oportunidades para materiais cerâmicos de precisão e componentes chave na indústria de semicondutores da China.

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