อะลูมินา: จุดคอขวดที่สำคัญสำหรับตลาดมูลค่าสองล้านล้านดอลลาร์

  อลูมินา อลูมินามีบทบาทสำคัญในเศรษฐกิจของประเทศมาอย่างยาวนาน ทั้งในฐานะวัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์อะลูมิเนียมและวัสดุเสริมในอุตสาหกรรมดั้งเดิม เช่น ปิโตรเคมีและเครื่องจักร ปัจจุบัน ด้วยการเกิดขึ้นและการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมเกิดใหม่ เช่น การสื่อสาร พลังงานใหม่ และเซมิคอนดักเตอร์ ความต้องการวัสดุใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงจึงเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ผลิตภัณฑ์อลูมินาระดับสูงบางชนิดได้รับความสนใจมากขึ้นในบริบทนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตลาดพลังงานใหม่และเซมิคอนดักเตอร์ที่มีมูลค่าหลายล้านล้านดอลลาร์ ซึ่งอลูมินาได้กลายเป็นวัสดุพื้นฐานที่สำคัญยิ่ง

1. ตลาดขนาดใหญ่สองแห่งที่มีมูลค่าหลายล้านล้านดอลลาร์

• เซมิคอนดักเตอร์

ด้วยการเติบโตอย่างต่อเนื่องของแอปพลิเคชันในตลาดด้านต่างๆ เช่น ปัญญาประดิษฐ์ (AI), การสื่อสาร 5G, อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT), การประมวลผลแบบคลาวด์, อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์, หุ่นยนต์ และโดรน อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จึงกำลังประสบกับความเจริญรุ่งเรืองอย่างมากในตลาด จากข้อมูลของสถาบันวิจัยตลาดต่างๆ คาดการณ์ว่าขนาดตลาดเซมิคอนดักเตอร์จะเติบโตอย่างมีนัยสำคัญในปี 2024 ตัวอย่างเช่น ข้อมูลจากองค์การสถิติการค้าเซมิคอนดักเตอร์โลก (WSTS) ระบุว่าขนาดตลาดเซมิคอนดักเตอร์ทั่วโลกจะสูงถึง 4.5762 ล้านล้านหยวนในปี 2024 เพิ่มขึ้น 19% เมื่อเทียบกับปีก่อนหน้า ในจำนวนนี้... คาดการณ์ว่าตลาดเซมิคอนดักเตอร์ของจีนจะเติบโตขึ้น 20% คิดเป็น 30% ของตลาดโลก

WSTS คาดการณ์ว่าตลาดโลกจะเติบโตขึ้น 11.2% ในปี 2025 โดยมีมูลค่าถึง 697 พันล้านดอลลาร์ Deloitte ก็คาดการณ์เช่นกันว่ายอดขายจะอยู่ที่ 697 พันล้านดอลลาร์ในปี 2025 และชี้ให้เห็นว่าอุตสาหกรรมนี้คาดว่าจะบรรลุเป้าหมายยอดขาย 1 ล้านล้านดอลลาร์ภายในปี 2030

• ตลาดพลังงานใหม่

  ในด้านรถยนต์พลังงานใหม่ นับตั้งแต่ปี 2021 เป็นต้นมา รถยนต์พลังงานใหม่ของจีนแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการพัฒนาที่แข็งแกร่ง โดยมีอัตราการเติบโตของการผลิตและการขายต่อปีเกิน 30% ติดต่อกันถึงสี่ปี ในปี 2024 ปริมาณการผลิตและการขายรถยนต์พลังงานใหม่ต่อปีทะลุ 10 ล้านคันเป็นครั้งแรก โดยแตะระดับ 12.888 ล้านและ 12.866 ล้านคัน ตามลำดับ ด้วยอัตราการเติบโตปีต่อปีที่ 34.4% และ 35.5% ส่วนแบ่งของรถยนต์พลังงานใหม่ในการขายรถยนต์ใหม่ทั้งหมดเพิ่มขึ้นเป็น 40.9% เพิ่มขึ้น 9.3 จุดเปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับปี 2023 การคาดการณ์ชี้ว่าขนาดตลาดรถยนต์พลังงานใหม่ของจีนคาดว่าจะสูงถึง 2.31 ล้านล้านหยวนภายในปี 2025ในส่วนของแบตเตอรี่ ข้อมูลที่เผยแพร่โดยกระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศระบุว่า การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมโดยรวมของจีนคาดว่าจะแตะระดับ 1,170 กิกะวัตต์ชั่วโมง (GWh) ในปี 2024 ซึ่งคิดเป็นการเติบโตปีต่อปี 24% โดยมีมูลค่าผลผลิตรวมของอุตสาหกรรมเกิน 1.2 ล้านล้านหยวน

2. การประยุกต์ใช้อลูมิเนียมออกไซด์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

• ส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์

 อลูมินา ส่วนประกอบเซรามิก เซรามิกอลูมินามีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ความแข็งสูง ความแข็งแรงเชิงกลสูง ทนต่อการสึกหรอเป็นพิเศษ ทนต่ออุณหภูมิสูง ความต้านทานสูง และประสิทธิภาพการเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สามารถตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพที่ซับซ้อนของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ภายใต้สภาพแวดล้อมพิเศษ เช่น สุญญากาศและอุณหภูมิสูง เซรามิกอลูมินามีบทบาทสำคัญและขาดไม่ได้ในสายการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และการใช้งานครอบคลุมอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์เกือบทั้งหมด ทำให้เป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดยจำแนกตามวัตถุประสงค์แล้ว ส่วนประกอบเซรามิกอลูมินาแบ่งออกเป็นประเภทหลักๆ เช่น ประเภทวงแหวนและทรงกระบอก ประเภทนำทางกระแสลม ประเภทรับน้ำหนักและยึด ประเภทแหวนรองจับ และประเภทโมดูล

(1) ประเภททรงกระบอกกลม

ในขั้นตอนการกัดเซาะ เพื่อลดการปนเปื้อนของเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการกัดเซาะด้วยพลาสมา จึงมีการใช้สารเคลือบอะลูมิเนียมออกไซด์บริสุทธิ์สูงที่ทนต่อการกัดกร่อน หรืออะลูมิเนียมออกไซด์ เครื่องเซรามิกคือ ได้รับการคัดเลือกให้เป็นวัสดุป้องกันสำหรับห้องกัดกรดและวัสดุบุภายในห้อง

(2) ปะเก็นแบบจับด้วยมือ

ในระหว่างการขนส่งเวเฟอร์ จะมีการใช้แขนหุ่นยนต์เซรามิกที่ทำจากเซรามิกอลูมินา ซึ่งติดตั้งอยู่บนหุ่นยนต์สำหรับจัดการเวเฟอร์ แขนหุ่นยนต์เหล่านี้ทำหน้าที่เสมือนมือของหุ่นยนต์ มีหน้าที่เคลื่อนย้ายเวเฟอร์ไปยังตำแหน่งที่กำหนด เนื่องจากพื้นผิวของแขนหุ่นยนต์จะสัมผัสกับเวเฟอร์โดยตรง เนื่องจากเวเฟอร์มีความไวต่อการปนเปื้อนจากอนุภาคอื่นๆ อย่างมาก กระบวนการนี้จึงมักดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่เป็นสุญญากาศ ภายใต้สภาวะดังกล่าว วัสดุส่วนใหญ่ที่ใช้สำหรับแขนหุ่นยนต์มักทำงานได้ไม่ดีนัก ดังนั้นวัสดุที่ใช้จึงต้องทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการสึกหรอ และมีความแข็งสูง เนื่องจากข้อกำหนดของสภาพการทำงาน แขนหุ่นยนต์จึงมักทำจากวัสดุเซรามิกอลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก พร้อมทั้งรักษาความแม่นยำและความเรียบของพื้นผิวของชิ้นส่วนเซรามิก การออกแบบทั่วไป ได้แก่ แบบหนีบ แบบรับน้ำหนัก แบบดูดสุญญากาศ และแบบเบอร์นูลลี

(3) ฐานเซรามิก

วัสดุเซรามิกมีคุณสมบัติเด่นหลายประการ เช่น ฉนวนที่ดีเยี่ยม ความแข็งแรงสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ เสถียรภาพทางเคมีสูง และการนำความร้อนที่ดี ทำให้เป็นที่นิยมอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบรรจุวงจรรวม ในบรรดาวัสดุเซรามิกเหล่านั้น เซรามิกอะลูมิเนียมออกไซด์เป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ความถี่วิทยุและไมโครเวฟ เนื่องจากมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง ทำให้สามารถลดขนาดวงจรได้ นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิน้อยที่สุด มีความแข็งแรงสูง และเสถียรภาพทางเคมีที่ดีกว่าวัสดุออกไซด์อื่นๆ ส่วนใหญ่ สามารถนำไปใช้ในวงจรฟิล์มหนา วงจรฟิล์มบาง วงจรไฮบริด โมดูลส่วนประกอบไมโครเวฟ และอื่นๆ อีกมากมาย ยิ่งไปกว่านั้น วัสดุเซรามิกอะลูมิเนียมออกไซด์ยังมีราคาประหยัด (ประมาณหนึ่งในสิบของราคาอะลูมิเนียมไนไตรด์) มีกระบวนการผลิตที่พัฒนาแล้ว และปัจจุบันมีผลผลิตสูงที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

(4)วัสดุขัดเงา CMP

ปัจจุบัน เทคโนโลยีการขัดเงาเชิงกลเคมี (CMP) เป็นเทคโนโลยีหลักเพียงอย่างเดียวที่สามารถทำให้พื้นผิวเรียบสนิทได้ทั่วทั้งแผ่น และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการต่างๆ เช่น การขัดเงาแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ การแยกชั้นร่องตื้น และการเชื่อมต่อทองแดง อนุภาคขัดถูทำหน้าที่เชิงกลเป็นหลักในการขัดเงาแบบ CMP ผ่านวิธีการต่างๆ เช่น การตัดขนาดเล็กและการขีดข่วน ทำให้อนุภาคขัดถูเป็นวัสดุที่จำเป็นในกระบวนการ CMP สารละลายขัดเงาคิดเป็น 49% ของต้นทุนวัสดุขัดเงา CMP ในขณะที่อนุภาคขัดถูคิดเป็นประมาณ 50%-70% ของต้นทุนสารละลายขัดเงา อนุภาคขัดถูที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน ได้แก่ SiO2, CeO2 และ Al2O3 ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ ผงอลูมินาทรงกลมขนาดเล็กกว่าไมครอนที่มีความบริสุทธิ์สูงทำหน้าที่เป็นสารขัดในของเหลวขัดเงาเชิงกลเคมี โดยให้ประสิทธิภาพในการกำจัดสูง ขัดเงาได้รวดเร็ว ลดโอกาสการเกิดรอยขีดข่วนเล็กๆ บนพื้นผิวที่ขัดเงา และให้ผิวสำเร็จที่สูง เหมาะสำหรับใช้ในกระบวนการขัดเงาของเซมิคอนดักเตอร์ นอกเหนือจากที่กล่าวมาแล้ว การใช้งานของอลูมินาในอุตสาหกรรมพลังงานใหม่และเซมิคอนดักเตอร์นั้นกว้างขวางกว่าที่กล่าวมามาก ตัวอย่างเช่น มีการใช้ในชิ้นส่วนเซรามิก เช่น รีเลย์ ฟิวส์ และแหวนซีลสำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ ในทั้งภาคพลังงานใหม่และเซมิคอนดักเตอร์ มีความท้าทายร่วมกันเกี่ยวกับการจัดการความร้อน

นอกจากการมีส่วนร่วมในการจัดการความร้อนในฐานะวัสดุรองรับการระบายความร้อนแล้ว อลูมินายังถูกนำมาใช้เป็นสารเติมแต่งนำความร้อน โดยนำมาขึ้นรูปเป็นวัสดุต่างๆ เช่น สารนำความร้อนแบบวางและเจลนำความร้อน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการระบายความร้อน โดยสรุปแล้ว วัสดุอลูมินามีโอกาสในการใช้งานอย่างกว้างขวางในตลาดมูลค่าหลายล้านล้านดอลลาร์ของอุตสาหกรรมพลังงานใหม่และอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์