Un nuevo sistema permitirá fabricar electrocerámicas conductoras mediante impresión 3D, biomasa y un proceso térmico ultrarrápido, una combinación que podría abaratar y hacer más sostenible la producción de chips semiconductores.
La innovación permitirá producir componentes cerámicos avanzados en una sola etapa, reduciendo tiempos de fabricación, consumo energético y desperdicio industrial, tres de los principales desafíos de la industria de semiconductores.
El desarrollo forma parte del proyecto europeo PRIME, financiado en la convocatoria M-ERA.net, y ya ha despertado el interés de más de media docena de empresas internacionales interesadas en probar esta tecnología.
Cómo se fabrican estas nuevas electrocerámicas
La clave del sistema está en combinar impresión 3D multimaterial con nanocelulosa y un tratamiento térmico de alta velocidad.
“Vamos a crear electrocerámicas a través de impresión 3D en modo multimaterial, es decir, de una misma vez nuestra impresora 3D permite combinar varios materiales en la misma impresión”, explica Bernd Wicklein, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y líder del proyecto en España.
Estas cerámicas incorporan nanopartículas de celulosa, que tras recibir calor se transforman en nanoestructuras carbonosas capaces de conducir electricidad.
Cerámicas fabricadas en minutos en lugar de horas
Uno de los avances más destacados del proyecto es la drástica reducción del tiempo de producción. Mientras la cerámica convencional requiere largas horas de calentamiento y calcinación, este sistema realiza el proceso en pocos minutos.
“Cualquiera que haga cerámica sabe que se necesitan muchas horas para conseguir que el barro se convierta en cerámica”, ilustra el investigador. Ahora, el proyecto emplea una técnica desarrollada por el equipo de Eslovenia capaz de alcanzar 1.250 grados en solo dos minutos y medio, acelerando enormemente la consolidación térmica de piezas pequeñas destinadas a la industria de chips.
“Queremos hacerlo tan rápido porque gastamos menos energía eléctrica al hacer el proceso de calentamiento más corto, pero además la microestructura de la cerámica, es decir, el orden de las partículas que componen el material, se queda mucho más refinada, más fina”, continúa el científico.
Biomasa para una electrónica más sostenible
El proyecto PRIME apuesta por utilizar nanocelulosa, un material derivado de biomasa, para impulsar una electrónica más sostenible.
Esta combinación permite fabricar en un solo paso componentes electrocerámicos capaces de integrar zonas conductoras, sensores, calentadores y electrodos dentro de estructuras cerámicas complejas.
“Esta capacidad permite la incrustación directa de zonas conductores, calentadores, electrodos y sensores dentro de piezas cerámicas complejas, manteniendo la excepcional resistencia térmica, mecánica y química de las cerámicas avanzadas”, describe Wicklein.
Para validar la tecnología, el equipo fabricará prototipos de wafer chucks, soportes utilizados durante la producción de semiconductores que combinan conducción eléctrica y disipación térmica.
Menos costes y menor consumo energético en la fabricación de chips
La fabricación actual de estos componentes suele requerir múltiples etapas, procesos costosos y un elevado consumo energético.
“La producción de semiconductores depende de equipos de alta tecnología personalizados que exigen una precisión, pureza y fiabilidad extremas”, explica el científico.
Según el equipo, esta nueva tecnología permitirá fabricar componentes en una sola fase, eliminando procesos intermedios, ensamblajes metálicos y limitaciones de diseño.
“PRIME reforzará la competitividad de Europa en la fabricación de semiconductores y equipos de alta tecnología mediante el establecimiento de un nuevo paradigma de producción flexible y altamente eficiente para productos electrocerámicos funcionales”, señala Wicklein.
Además de reducir costes y consumo energético, el proyecto busca disminuir emisiones de CO2 y dependencia de materias primas críticas.
“PRIME demuestra sistemas de materiales de base biológica y procesos sostenibles, reduciendo sustancialmente las emisiones de CO2 mediante un concepto de consolidación ultrarrápida, el uso eficiente de los recursos y la dependencia de materias primas críticas, en plena consonancia con el Pacto Verde Europeo y los principios de la economía circular”, concluye.
