کاربردهای اکسید آلومینیوم پلاکتی در صنعت نیمه هادی

کاربردهای اکسید آلومینیوم پلاکتی در صنعت نیمه هادی

اکسید آلومینیوم صفحه‌ای به ذراتی اطلاق می‌شود که مسطح، دارای لبه‌های صاف و نسبت ابعاد قابل کنترل (10~150:1) هستند. همچنین دارای ویژگی‌های سختی بالا، عایق‌بندی بالا، رسانایی حرارتی بالا، بی‌اثری شیمیایی و مقاومت کم در برابر خراش است. این ماده پنج سناریوی اصلی را پوشش می‌دهد: سنگ‌زنی و صیقل‌دهی ویفر، عایق‌بندی حرارتی بسته‌بندی، زیرلایه‌های دستگاه‌های قدرت، قطعات سرامیکی تجهیزات نیمه‌هادی و پر کردن دوغاب دی‌الکتریک. این ماده پودری کلیدی برای فرآیندهای پیشرفته و نیمه‌هادی‌های نسل سوم است.

I. پردازش ویفر: سنگ‌زنی و CMP (پرداخت مکانیکی شیمیایی)

۱. سنگ‌زنی خشن زیرلایه‌های سیلیکون/کاربید سیلیکون/یاقوت کبود، با نازک شدن سطح پشتی.

سنگ‌زنی خشن ویفرهای سیلیکونی پس از برش : اکسید آلومینیوم پلاکتی ۱ تا ۵ میکرومتر برای حذف سریع لایه آسیب دیده برش؛ برش کشویی ذرات مسطح، ترک‌های ریز روی لبه ویفر سیلیکونی را کاهش می‌دهد، تاب برداشتن ویفر و میزان تکه‌تکه شدن آن را کم می‌کند و بازده را بهبود می‌بخشد.

نازک‌سازی ویفر فوق نازک سه بعدی IC : اکسید آلومینیوم پلاکتی، ویفر را تا ضخامت ۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر خرد می‌کند؛ در مقایسه با کوراندوم کروی/گوشه تیز، لایه آسیب‌دیده زیرسطحی نازک‌تر است که برای فرآیند سوراخ‌کاری سیلیکون TSV مناسب است؛ فرمول سدیم کم با خلوص بالا (Na < 1ppm) از آلودگی اتصالات مسی جلوگیری می‌کند.

زیرلایه‌های نیمه‌هادی نسل سوم (SiC/GaN/یاقوت کبود) : کاربید سیلیکون و یاقوت کبود سختی بسیار بالایی دارند و مورفولوژی مسطح آنها به طور قابل توجهی خراش‌ها و حفره‌های سطحی را کاهش می‌دهد و آنها را برای پیش تصفیه آینه‌ای قبل از اپیتاکسی دستگاه‌های قدرت مناسب می‌کند.

2. ساینده دوغاب پرداخت CMP

۱. پرداخت اتصالات فلزی (لایه حائل مس/تنگستن Ta/TaN) : ساینده اصلی برای سیم‌کشی مسی CMP، اکسید آلومینیوم پلاکتی ترکیب شده با اکسیدان H₂O₂ است؛ ذرات صاف به طور یکنواخت برش می‌خورند، سرعت حذف فلز قابل کنترل است و فرورفتگی‌های بشقابی شکل و عیوب خوردگی کاهش می‌یابند.

۲. صیقل‌کاری STI ایزولاسیون ترانشه کم‌عمق : اکسید آلومینیوم پلاکتی با SiO₂ کلوئیدی ترکیب می‌شود تا نسبت گزینش‌پذیری صیقل‌کاری اکسید سیلیکون/نیترید سیلیکون را کنترل کند؛ ذرات مسطح، صافی کلی را تضمین کرده و از خراشیدگی روی دیواره‌های جانبی ترانشه جلوگیری می‌کنند.

۳. پرداخت پنجره یاقوت کبود / ویفر نوری : دوغاب پرداخت قلیایی اکسید آلومینیوم پلاکتی بسیار پایدار و قابل بازیافت است؛ این دوغاب ضمن حفظ زبری نانومقیاس Ra <0.5nm، به نرخ حذف بالایی دست می‌یابد و آن را برای پرداخت پنجره‌های فوتولیتوگرافی و زیرلایه‌های یاقوت کبود LED در تولید انبوه مناسب می‌سازد.

II. بسته‌بندی نیمه‌هادی: پرکننده عایق با رسانایی حرارتی بالا 

ساختار دوبعدی اکسید آلومینیوم پلاکتی مزیت اصلی آن است : تماس بین ورق‌ها، ایجاد یک مسیر رسانایی حرارتی پیوسته در داخل رزین را آسان می‌کند. تحت مقدار پرکننده یکسان، رسانایی حرارتی به طور قابل توجهی بالاتر از آلومینای کروی است، در حالی که عایق الکتریکی عالی و انبساط حرارتی کم را برای مطابقت با زیرلایه تراشه حفظ می‌کند.

۱. مواد رابط حرارتی (TIM) (پدهای حرارتی / گریس حرارتی / ژل حرارتی)

اکسید آلومینیوم پلاکتی برای اتلاف گرما در CPUها، GPUها، IGBTها، ماژول‌های قدرت SiC و تراشه‌های RF 5G استفاده می‌شود.

پرکننده اکسید آلومینیوم پلاکتی: رسانایی حرارتی سیلیکون را به 1.5 تا 4 وات بر متر مکعب در کلوین افزایش می‌دهد.

فرمولاسیون ترکیبی (اکسید آلومینیوم صفحه‌ای + اکسید آلومینیوم کروی): کره‌های کوچک شکاف‌های بین لایه‌های لایه‌ای را پر می‌کنند و رسانایی حرارتی را بیش از 25٪ بهبود می‌بخشند، در حالی که رسانایی حرارتی بالا را با جریان‌پذیری دوغاب متعادل می‌کنند؛ آلومینای تخت عایق‌بندی بالا، مقاومت در برابر دماهای بالا و پایین و مقاومت در برابر ولتاژ را فراهم می‌کند و الزامات ایزولاسیون ولتاژ بالای دستگاه‌های قدرت را برآورده می‌سازد.

۲. ترکیبات گلدان اپوکسی، ترکیبات قالب‌گیری و پرکننده‌ها

رزین اپوکسی بسته‌بندی تراشه‌های دستگاه‌های برقی و خودرو با اکسید آلومینیوم پلاکتی افزوده شده:

۱. بهبود رسانایی حرارتی کلی و دفع سریع گرمای ژول از تراشه؛

۲. ضریب انبساط حرارتی (CTE) ماده کامپوزیت را تنظیم کنید تا با سیلیکون/کاربید سیلیکون مطابقت داشته باشد و ترک خوردگی لایه لایه شدن را در طول چرخه حرارتی کاهش دهد.

۳. عایق‌بندی بالا و ناخالصی‌های یونی کم، از نشت و خوردگی الکتروشیمیایی در حین کپسوله‌سازی جلوگیری می‌کنند.

۴. می‌تواند جایگزین مقداری از نیترید بور و نیترید آلومینیوم شود و به طور قابل توجهی هزینه مواد بسته‌بندی مرغوب را کاهش دهد.

۳. چسب پرکننده پایین

تراشه‌های BGA و FCBGA پر شده با اکسید آلومینیوم پلاکتی: اکسید آلومینیوم پلاکتی رسانایی حرارتی لایه چسب را بهبود می‌بخشد، ضمن اینکه استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر شوک حرارتی فیلم چسب را نیز افزایش می‌دهد.

III. مدارهای لایه ضخیم/لایه نازک، اکسید آلومینیوم پلاکتی پر شده با خمیر دی‌الکتریک

۱. خمیر دی‌الکتریک زیرلایه سرامیکی DBC/AMB

زیرلایه‌های سرامیکی آلومینا ماژول قدرت IGBT و SiC، با اکسید آلومینیوم پلاکتی با اندازه میکرونی که به خمیر دی‌الکتریک اضافه شده است:

بهبود چگالی و استحکام خمشی زیرلایه‌های سرامیکی؛ کریستال‌های صفحه‌ای شکل باعث انحراف ترک و سفت شدن می‌شوند و از شکست چرخه حرارتی زیرلایه جلوگیری می‌کنند.

تنظیم ثابت دی‌الکتریک و ولتاژ تحمل عایق، پایداری فرکانس رادیویی زیرلایه را بهبود می‌بخشد؛

خواص ترازکنندگی خمیر را برای سطحی صاف‌تر پس از چاپ بهینه کنید.

۲. مدارهای لایه ضخیم با دمای بالا (RF، تراشه‌های حسگر)

مقاومت‌های چاپ‌شده و پرکننده‌های لایه دی‌الکتریک عایق: اکسید آلومینیوم صفحه‌ای چگالی لایه نازک، رسانایی حرارتی و قابلیت اطمینان عایق را بهبود می‌بخشد و اتلاف سیگنال فرکانس بالا را کاهش می‌دهد.

IV. اجزای ساختاری سرامیکی آلومینا برای تجهیزات نیمه‌هادی (سرامیک اکسید آلومینیوم پلاکتی متراکم)

۱. صفحه الکترود بالایی دستگاه اچینگ پلاسما : الکترودهای فرکانس رادیویی را ایزوله کرده و در برابر بمباران پلاسمای فلوئور/کلر مقاومت می‌کند؛ مقاومت بالا در برابر خوردگی پلاسما، عایق‌بندی بالا، تغییر شکل حرارتی کم، پایداری ابعادی در دمای ۲۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد و دقت ماشینکاری ±۰.۰۱ میلی‌متر.

۲. پنجره دی‌الکتریک حفره‌ای، ورق عایق‌بندی، پد حامل ویفر : پلاسما را ایزوله می‌کند، انرژی فرکانس رادیویی را عایق‌بندی می‌کند، انتقال حرارت یکنواخت را تضمین می‌کند و اجزای فلزی تجهیزات را از خوردگی یون‌های پرانرژی محافظت می‌کند.

V. سایر کاربردهای نیمه‌هادی فرعی

۱. فاز تقویت سرامیک حامل تراشه / اتلاف گرما : فاز دوم اکسید آلومینیوم پلاکتی به سرامیک آلومینا وارد می‌شود تا آن را تقویت و مقاوم کند، مشکلات شکنندگی بالا و لب‌پریدگی آسان لبه آلومینای خالص را حل کند و عمر مفید زیرلایه‌های قدرت را بهبود بخشد.

۲. مواد مصرفی سنگ‌زنی قالب‌ها و جیگ‌های دقیق نیمه‌رسانا: اکسید آلومینیوم تخت برای پرداخت آینه‌ای کارت‌های پروب، قالب‌های بسته‌بندی و قاب‌های سربی فلزی، با خراش‌های کم برای اطمینان از دقت دستگاه.

۳. پوشش عایق و رسانایی حرارتی بالا : پرکننده پوشش عایق و رسانای حرارتی زیرلایه اتلاف حرارت تراشه و پوسته دستگاه قدرت، اکسید آلومینیوم پلاکتی است که هم عایق و هم اتلاف حرارت و همچنین مقاومت در برابر آب و هوا را در نظر می‌گیرد.

روندهای صنعت

تقاضا برای مواد با رسانایی حرارتی بالا، آسیب کم و عایق‌بندی بالا در دستگاه‌های قدرت SiC/GaN نسل سوم، نیمه‌رساناهای خودرو و بسته‌بندی پیشرفته (ICهای 2.5D/3D) رو به افزایش است. اکسید آلومینیوم پلاکتی، به عنوان یک پودر جایگزین تولید داخل، به تدریج جایگزین ساینده‌های پولیش گران‌قیمت وارداتی و پرکننده‌های رسانای حرارتی می‌شود و یک ماده کلیدی در مسیر اتلاف حرارت نیمه‌رساناها و مسطح‌سازی ویفر است.

پی‌نوشت: شرکت Haixu Abrasives اکسید آلومینیوم پلاکتی با پارامترهایی قابل مقایسه با FUJIMI در ژاپن تولید می‌کند.

ترکیب شیمیایی

خواص فیزیکی

PSD (توزیع اندازه ذرات)