El CSIC desarrolla electrocerámicas sostenibles con celulosa para la fabricación de chips

El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) participa en el proyecto europeo PRIME, una iniciativa centrada en el desarrollo de electrocerámicas sostenibles destinadas a la industria de los semiconductores. La propuesta combina biomasa basada en celulosa, impresión 3D multimaterial y procesos térmicos ultrarrápidos para fabricar componentes conductores con menor coste energético y ambiental, en un contexto marcado por la creciente demanda de chips y la necesidad de reforzar la competitividad tecnológica europea.

El proyecto, seleccionado en la convocatoria europea M-ERA.net, está liderado en España por el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). Según explica Bernd Wicklein, investigador del CSIC y responsable del proyecto en el país, el objetivo es producir electrocerámicas conductoras mediante una impresora 3D capaz de combinar varios materiales en una única fabricación.

La conductividad eléctrica se logrará gracias a la incorporación de nanopartículas de celulosa que, tras un tratamiento térmico ultrarrápido, se transformarán en nanoestructuras carbonosas conductoras. Este proceso permitirá obtener componentes avanzados para semiconductores en tiempos muy inferiores a los de la cerámica convencional.

“El equipo de Eslovenia utiliza una técnica única que permite llegar a 1.250 grados en tan solo dos minutos y media”, explica Wicklein.

Procesos más rápidos y menor consumo energético

Uno de los aspectos centrales del proyecto es la reducción del tiempo necesario para consolidar las piezas cerámicas. Frente a los procesos tradicionales, que requieren varias horas de calentamiento, PRIME empleará una tecnología capaz de realizar la calcinación en apenas unos minutos.

Según el investigador del ICMM-CSIC, esta aceleración del proceso no solo disminuye el consumo eléctrico, sino que también mejora la microestructura del material.

El proyecto busca fabricar en una sola etapa componentes electrocerámicos capaces de integrar zonas conductoras, sensores, electrodos y regiones de disipación térmica dentro de una misma estructura cerámica, evitando recubrimientos y ensamblajes metálicos adicionales.

Biomasa y fabricación aditiva para aplicaciones en chips

PRIME contempla la fabricación de prototipos de wafer chucks, soportes utilizados en la producción de chips semiconductores que requieren combinar propiedades conductoras y capacidades de disipación de calor.

La tecnología desarrollada en el proyecto permite alcanzar 1.250 ºC en solo dos minutos y medio para consolidar componentes cerámicos avanzados.

La iniciativa reúne a la start-up alemana AMAREA Technology GmbH, al CSIC y al Instituto Jozef-Stefan de Eslovenia. El trabajo se distribuirá entre los tres socios: el ICMM desarrollará las mezclas cerámicas con nanocelulosa, Alemania realizará la impresión 3D multimaterial y Eslovenia aplicará el tratamiento térmico ultrarrápido.

Posteriormente, los materiales regresarán a España para validar sus propiedades eléctricas.

“La producción de semiconductores depende de equipos de alta tecnología personalizados que exigen una precisión, pureza y fiabilidad extremas”, señala Wicklein, quien destaca que los métodos actuales implican múltiples etapas, elevados costes energéticos y limitaciones de diseño.

Reducción de emisiones y menor dependencia de materias primas críticas

Además de mejorar la eficiencia industrial, el proyecto plantea ventajas ambientales vinculadas al uso de biomasa y a la reducción del consumo energético durante la fabricación.

Según el equipo investigador, PRIME permitirá disminuir las emisiones de CO₂ gracias al empleo de sistemas de materiales de base biológica, procesos de consolidación ultrarrápida y un uso más eficiente de los recursos.

El proyecto ya ha despertado el interés de más de media docena de empresas internacionales del sector de los semiconductores, que participarán en la validación de los resultados obtenidos.