CSIC desarrolla electrocerámicas económicas y sostenibles a partir de celulosa para chips
El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) forma parte de un proyecto internacional dedicado a la fabricación de un nuevo tipo de electrocerámicas utilizando materiales derivados de biomasa, específicamente celulosa. Esta iniciativa busca optimizar el proceso de producción, haciéndolo más rápido, eficiente, sostenible y económico, con un impacto significativo en la industria de los semiconductores, que diseña y fabrica los chips que se integran en múltiples dispositivos tecnológicos.
El proyecto, financiado en el marco de la convocatoria europea M-ERA.net, ha atraído el interés de más de seis empresas de diversas partes del mundo, todas dispuestas a evaluar este avance tecnológico de vanguardia.
Bernd Wicklein, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y responsable del proyecto en España, explicó que se desarrollarán electrocerámicas mediante impresión 3D multimaterial, lo que permite combinar varios materiales en una sola impresión.
- Fabricación de electrocerámicas con biomasa
- Tecnología de consolidación ultrarrápida
- Ventajas en la industria de semiconductores
- Plan de acción del proyecto Prime
- Impacto ambiental y sostenibilidad
Fabricación de electrocerámicas con biomasa
Las nuevas cerámicas serán conductoras gracias a la incorporación de nanopartículas de celulosa con dimensiones a escala nanométrica. Estas partículas recibirán un tratamiento térmico ultrarrápido que las transformará en nanoestructuras carbonosas con capacidad conductora.
Wicklein destacó que, en contraste con los procesos tradicionales de fabricación cerámica que pueden durar varias horas, este nuevo método acelerará el calentamiento y la calcinación a tan solo minutos. El equipo esloveno responsable de esta innovación utiliza una técnica capaz de alcanzar los 1.250 grados en aproximadamente dos minutos y medio, proceso especialmente adecuado para la producción de piezas cerámicas pequeñas, como las empleadas en semiconductores.
Tecnología de consolidación ultrarrápida
El objetivo de reducir el tiempo de calentamiento es minimizar el consumo energético y obtener una microestructura más refinada y homogénea en el material cerámico. Esto mejora las propiedades térmicas, mecánicas y químicas de las piezas avanzadas, además de permitir la fabricación en un solo paso de componentes electrocerámicos con zonas integradas conductoras, calentadoras, electrodos y sensores.
El proyecto, denominado 'Prime', combina la adición de nanocelulosa, impresión 3D multimaterial y un proceso térmico ultrarrápido para fabricar electrocerámicas funcionales de alta precisión, lo que representa un avance tecnológico relevante para el sector electrónico.
Ventajas en la industria de semiconductores
Para probar esta tecnología, se desarrollarán prototipos de 'wafer chucks'. Estos dispositivos actúan como soportes para chips y combinan áreas conductoras con zonas que disipan el calor utilizando cerámicas con propiedades térmicas diferentes, ofreciendo así una mayor eficacia en la producción de semiconductores.
Actualmente, la fabricación de componentes para semiconductores se realiza en varias etapas, un proceso costoso y de alto consumo energético que limita la flexibilidad en el diseño. 'Prime' supera estas limitaciones al permitir la producción en una sola etapa de piezas que integran regiones conductoras y aislantes dentro de un cuerpo único, sin necesidad de recubrimientos o ensamblajes metálicos, manteniendo altos estándares de pureza y rendimiento.
Plan de acción del proyecto Prime
El proyecto, liderado por la startup alemana Amaarea Technology GmbH y con participación del CSIC y el Instituto Jozef-Stefan de Eslovenia, tiene un plan coordinado. En primer lugar, el ICMM-CSIC prepara la mezcla cerámica con nanocelulosa, basada en una patente previa del centro. Luego, en Alemania se realiza la impresión 3D multimaterial, y el material pasa a Eslovenia para el tratamiento térmico que consolida la estructura cerámica.
Finalmente, el producto regresa a España para la evaluación de sus propiedades eléctricas y funcionamiento. El investigador Wicklein señaló que este enfoque potenciará la competitividad europea en la fabricación de semiconductores y equipos tecnológicos avanzados, promoviendo un modelo flexible y eficiente de producción electrocerámica.
Impacto ambiental y sostenibilidad
Además de reducir costos y consumo energético, el proyecto disminuirá el desperdicio y acelerará los ciclos de desarrollo mediante la producción local y eficiente. Más de seis empresas internacionales han mostrado interés en apoyar y validar estos resultados.
En términos ambientales, 'Prime' aborda la sostenibilidad mediante el empleo de sistemas materiales biobasados y procesos que disminuyen las emisiones de CO2. La consolidación ultrarrápida y el uso eficiente de recursos reducen la dependencia de materias primas críticas, alineándose así con el Pacto Verde Europeo y los principios de economía circular.
