Semiconductores de carburo de silicio – Materiales, retos y herramientas

Semiconductores de carburo de silicio

Los semiconductores son la base de los dispositivos electrónicos y ofrecen un equilibrio perfecto entre control y miniaturización. Producidos como elementos constitutivos de las complejas funciones electrónicas que impulsan numerosos dispositivos actuales, los semiconductores se desarrollan habitualmente a partir de elementos puros como el silicio y el germanio, o de compuestos como el arseniuro de galio. La demanda del mercado de semiconductores ha experimentado un cambio que reta a los fabricantes a utilizar materiales innovadores para mejorar la productividad.

La demanda, cada vez mayor, de semiconductores en diversos sectores —como la electrónica de consumo, la automoción y la inteligencia artificial— ha sometido a presión la capacidad de fabricación. Los fabricantes de semiconductores han experimentado rápidos avances tecnológicos y disrupciones en la cadena de suministro, lo que ha llevado a las empresas a invertir en nuevas plantas de fabricación y les ha planteado el reto de encontrar nuevas formas de desarrollar chips semiconductores de manera más rápida y eficiente.

El carburo de silicio (SiC) ha captado una atención considerable por parte de los fabricantes de semiconductores, al permitirles superar los retos de eficiencia en el mecanizado de semiconductores. El SiC es un material semiconductor de banda prohibida ancha que puede operar a temperaturas y voltajes más elevados que el silicio, lo que lo hace especialmente adecuado para aplicaciones de alta potencia y alta temperatura. Gracias a su mayor conductividad térmica, los semiconductores de SiC han experimentado una creciente adopción en industrias como la electrónica de potencia, los vehículos eléctricos y los sistemas de energía renovable.

Ventajas del carburo de silicio

Se prevé que el mercado de dispositivos de carburo de silicio alcance hasta 14 000 millones de dólares en 2030, con una CAGR estimada del 26 %. Impulsada principalmente por el elevado crecimiento proyectado en vehículos eléctricos, energía solar y eólica, y conmutación de potencia en redes inteligentes, la demanda de carburo de silicio está aumentando de forma vertiginosa. Aunque el silicio sigue siendo predominante en el mercado actual, el carburo de silicio ofrece varias ventajas sobre el silicio para los fabricantes de semiconductores, entre las que se incluyen:

• Mayor eficiencia – El carburo de silicio tiene una banda prohibida más ancha que el silicio, lo que le permite operar a temperaturas y voltajes más elevados, lo que se traduce en mejores tasas de eficiencia y menores pérdidas de potencia para los fabricantes.

• Mayor densidad de potencia – Los semiconductores de SiC manejan una mayor densidad de potencia que el silicio, concentrando más potencia en un formato más reducido.

• Funcionamiento a mayor frecuencia – Con una conductividad térmica superior a la del silicio, el carburo de silicio puede soportar temperaturas extremadamente elevadas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones aeroespaciales y de automoción en entornos de alta temperatura.

• Mayor vida útil — Gracias a sus propiedades únicas, como su excelente conductividad térmica, su banda prohibida ancha, su alta movilidad electrónica y su elevada densidad de potencia, los semiconductores de SiC tienen una vida útil más larga que los de silicio. Al cambiar al carburo de silicio, los productos de los fabricantes requieren menos mantenimiento y sustitución a lo largo del tiempo.

Mecanizado del carburo de silicio

El mecanizado del material SiC para fabricantes de semiconductores puede resultar complicado debido a sus propiedades únicas. El carburo de silicio es extremadamente duro y frágil, lo que lo hace ideal para semiconductores pero difícil de mecanizar con muchos materiales. La aplicación de una fuerza excesiva al mecanizar con materiales inadecuados puede provocar grietas, defectos y astillado del SiC, lo que lo inutiliza para componentes semiconductores de precisión.

Los fabricantes de obleas de SiC dependen del mejor material para maximizar su rendimiento y productividad, razón por la cual los diamantes industriales sintéticos son la opción idónea para mecanizar carburo de silicio.

El diamante, reconocido como el material más duro del mercado, se erige como una de las opciones más eficaces para el mecanizado del SiC. El abrasivo de diamante, con el tamaño, la resistencia y los filos de corte adecuados, facilita un mecanizado preciso sobre las delicadas obleas de SiC. Con una fragilidad reducida y una conductividad térmica excepcional, el diamante reduce significativamente el riesgo de inducir grietas o fracturas, lo cual es fundamental para disipar el calor generado durante el mecanizado y, de este modo, evitar temperaturas excesivas que podrían endurecer el material de carburo de silicio.

Herramientas de Hyperion para la industria de semiconductores de carburo de silicio

Hyperion Materials & Technologies surge de GE, Diamond Innovations y Sandvik Hard Materials. La investigación y el desarrollo son nuestra base, y la colaboración con nuestros clientes para crear tecnologías innovadoras es la fuente de nuestro crecimiento continuo. Con más de siete décadas de experiencia en el desarrollo de materiales duros y superduros, Hyperion ofrece una gama completa de diamantes industriales sintéticos especialmente indicados para mecanizar obleas de carburo de silicio para la industria de semiconductores. Disponible en tamaños desde submicrónico hasta micrónico y malla, la cartera de diamantes de Hyperion ofrece varias ventajas para aplicaciones de mecanizado de precisión, entre las que se incluyen:

• Mejora del rendimiento y la productividad del SiC – Hyperion ofrece opciones únicas de diamante submicrónico y micrónico con más puntos de corte fino que los diamantes micrónicos monocristalinos o policristalinos. Con un mayor número de puntos de corte, las soluciones de diamante únicas de Hyperion contribuyen a incrementar las tasas de extracción de material al tiempo que reducen la rugosidad superficial de la oblea de carburo de silicio.

• Durabilidad y control sin igual – Los diamantes micrónicos de Hyperion no se trituran fácilmente y mantienen su tamaño y eficacia a lo largo de todo el proceso de mecanizado del SiC, proporcionando filos excepcionalmente duraderos y uniformes.

• Calidad de filo excepcional – Las herramientas submicrónicos y micrónicos de Hyperion se caracterizan por sus filos afilados, fundamentales para minimizar el desgaste de la herramienta. La calidad de filo excepcional aumenta la flexibilidad de fabricación, prolonga la vida útil de la herramienta y mejora el control y la precisión, lo que convierte a las herramientas de Hyperion en la primera opción para aplicaciones de lapeado y pulido.

• Excelente calidad de la superficie de la oblea – Hyperion ofrece diamantes micrónicos únicos capaces de detectar partículas de tamaño excesivo. Estas partículas pueden provocar astillado, arañazos e imperfecciones en la oblea, ocasionando su pérdida total.

Productos para semiconductores de carburo de silicio

Hyperion ofrece varios productos de diamante destinados a la industria de semiconductores.

Suspensión de diamante Hyperion

La suspensión de diamante Hyperion es una suspensión y dispersión de diamante micrónico patentada y exclusiva, diseñada para mejorar el rendimiento del lapeado y el pulido en aplicaciones de precisión como el procesado de obleas de carburo de silicio. Gracias al diamante incluido, que incorpora una superficie modificada con varios micropuntos de corte fino que reducen drásticamente la rugosidad superficial de la pieza, la suspensión de diamante Hyperion contribuye a ofrecer un proceso más rápido, eficiente y productivo para la fabricación de obleas de carburo de silicio listas para epitaxia.

Polvos de diamante micrónico

El carburo en polvo superabrasivo de diamante proporciona una consistencia de material, un rendimiento de corte y una calidad de superficie sin precedentes para el pulido y el lapeado de aplicaciones con sierra de hilo, zafiro, vidrio y cerámica. Hyperion ofrece polvo de diamante micrónico en rangos desde submicrónico hasta 50 micrómetros, disponible en ligante metálico y de resina, y con una superficie de diamante grabado patentada. Los polvos de diamante micrónico de Hyperion se utilizan en herramientas abrasivas para producir un acabado más fino y suave que el de otros materiales abrasivos, lo que los hace idóneos para muelas de rectificado de precisión y almohadillas de pulido.

Obtenga más información sobre las herramientas de diamante sintético de Hyperion para el mecanizado de semiconductores y descubra cómo pueden impulsar la producción de obleas de SiC reduciendo el pulido CMP hasta un 50 %.