Yarı iletken endüstrisinde alüminyum oksit plakalarının uygulamaları

Yarı iletken endüstrisinde alüminyum oksit plakalarının uygulamaları

Düz alüminyum oksit, düz, pürüzsüz kenarlı ve kontrol edilebilir en boy oranına (10~150:1) sahip parçacıkları ifade eder. Ayrıca yüksek sertlik, yüksek yalıtım, yüksek ısı iletkenliği, kimyasal inertlik ve düşük çizilme direnci özelliklerine sahiptir. Beş temel kullanım alanını kapsar: wafer taşlama ve parlatma, ambalajın ısı yalıtımı, güç cihazı alt tabakaları, yarı iletken ekipmanlarının seramik parçaları ve dielektrik bulamaç dolgusu. Gelişmiş işlemler ve üçüncü nesil yarı iletkenler için önemli bir toz malzemedir.

I. Yonga Levha İşleme: Taşlama ve CMP (Kimyasal Mekanik Parlatma)

1. Silisyum/silisyum karbür/safir alt tabakaların kaba taşlanması ve arka yüzeyinin inceltilmesi.

Kesim sonrası silikon levhaların kaba taşlanması : Kesim hasar tabakasını hızla gidermek için 1~5 μm kalınlığında alüminyum oksit pulları kullanılır; düz parçacıkların kaydırılarak kesilmesi, silikon levhanın kenarındaki mikro çatlakları azaltır, levha bükülme ve parçalanma oranını düşürür ve verimi artırır.

3D IC ultra ince gofret inceltme : Pul alüminyum oksit, gofreti 50~100 μm’ye kadar inceltir; küresel/keskin köşeli korundum ile karşılaştırıldığında, yüzey altı hasar tabakası daha incedir, bu da TSV silikon delikli işlem için uygundur; yüksek saflıkta düşük sodyum (Na<1 ppm) formülü, bakır ara bağlantı kirlenmesini önler.

Üçüncü nesil yarı iletken alt tabakalar (SiC/GaN/safir) : Silisyum karbür ve safir son derece yüksek sertliğe sahiptir ve düz morfolojileri yüzey çiziklerini ve çukurlarını önemli ölçüde azaltarak, güç cihazlarının epitaksisinden önce ayna ön işlemine uygun hale getirir.

2. CMP parlatma bulamaç çekirdeği aşındırıcısı

1. Metal ara bağlantı parlatma (bakır/tungsten bariyer tabakası Ta/TaN) : Bakır kablolama için ana akım aşındırıcı olan pul alüminyum oksit, H₂O₂ oksitleyici ile birleştirilmiştir; düz parçacıklar eşit şekilde kesim yapar, metal kaldırma hızı kontrol edilebilir ve çukur şeklindeki girintiler ve korozyon kusurları azaltılır.

2. Sığ hendek izolasyonu STI parlatma : Pul alüminyum oksit, silikon oksit/silikon nitrür parlatma seçicilik oranını kontrol etmek için koloidal SiO₂ ile karıştırılır; düz parçacıklar genel düzlüğü sağlar ve hendek yan duvarlarında çizikleri önler.

3. Safir Pencere / Optik Plaka Parlatma : Pul alüminyum oksit alkali parlatma macunu son derece kararlı ve geri dönüştürülebilirdir; nano ölçekli pürüzlülük Ra<0,5nm’yi korurken yüksek bir talaş kaldırma oranı elde eder, bu da onu seri üretimde fotolitografi pencerelerinin ve LED safir alt tabakalarının parlatılması için uygun hale getirir.

II. Yarı İletken Ambalajı: Yüksek Isı İletkenliğine Sahip Yalıtım Dolgu Malzemesi 

Pul şeklindeki alüminyum oksidin iki boyutlu yapısı temel avantajıdır : levhalar arasındaki temas, reçine içinde sürekli bir termal iletkenlik yolu oluşturmayı kolaylaştırır. Aynı dolgu miktarı altında, küresel alüminyum oksite kıyasla termal iletkenlik önemli ölçüde daha yüksektir, aynı zamanda çip alt tabakasına uyacak şekilde mükemmel elektriksel yalıtım ve düşük termal genleşmeyi korur.

1. Isı ara yüz malzemeleri (TIM) (termal pedler / termal macun / termal jel)

Alüminyum oksit levhalar, işlemcilerde, grafik işlemcilerde, IGBT’lerde, SiC güç modüllerinde ve 5G RF çiplerinde ısı dağıtımı için kullanılır.

Pulcuk alüminyum oksit dolgu maddesi: Silikonun ısı iletkenliğini 1,5~4 W/m・K’ye yükseltir;

Bileşik formülasyon (pul alüminyum oksit + küresel alüminyum oksit): küçük küreler, lameller katmanlar arasındaki boşlukları doldurarak ısı iletkenliğini %25’ten fazla artırırken, yüksek ısı iletkenliğini bulamaç akışkanlığıyla dengeler; düz alümina, yüksek yalıtım, yüksek ve düşük sıcaklıklara karşı direnç ve gerilim direnci sağlayarak güç cihazlarının yüksek gerilim izolasyon gereksinimlerini karşılar.

2. Epoksi dolgu macunları, kalıplama macunları ve dolgu maddeleri

Güç cihazları ve otomotiv çip ambalajı için, ilave pul alüminyum oksit içeren epoksi reçine:

1. Genel ısı iletkenliğini iyileştirin ve çipten Joule ısısını hızla dağıtın;

2. Kompozit malzemenin termal genleşme katsayısını (CTE) silikon/silisyum karbür ile eşleşecek şekilde ayarlayın ve termal döngü sırasında tabaka ayrılması çatlamasını azaltın;

3. Yüksek yalıtım ve düşük iyonik safsızlıklar, kapsülleme sırasında sızıntıyı ve elektrokimyasal korozyonu önler;

4. Bazı bor nitrür ve alüminyum nitrürün yerini alabilir ve böylece yüksek kaliteli ambalaj malzemelerinin maliyetini önemli ölçüde düşürebilir.

3. Alt dolgu tutkalı

Pul alüminyum oksit dolgulu Flip Chip BGA ve FCBGA: Pul alüminyum oksit, yapışkan tabakanın ısı iletkenliğini artırırken, yapışkan filmin mekanik dayanıklılığını ve termal şok direncini de iyileştirir.

III. Kalın film/ince film devreleri, dielektrik macun dolgulu pul alüminyum oksit

1. DBC/AMB Seramik Alt Tabaka Dielektrik Macunu

IGBT ve SiC güç modülü alümina seramik alt tabakaları, dielektrik macununa mikron boyutlu pul alüminyum oksit ilavesiyle üretilmiştir:

Seramik alt tabakaların yoğunluğunu ve eğilme dayanımını iyileştirir; levha benzeri kristaller çatlak sapmasını ve tokluğu artırarak alt tabakanın termal döngü kırılmasını engeller.

Dielektrik sabiti ve yalıtım dayanım voltajının ayarlanması, alt tabakanın radyo frekansı kararlılığını iyileştirir;

Baskı sonrasında daha pürüzsüz bir yüzey elde etmek için macunun düzleştirme özelliklerini optimize edin.

2. Yüksek sıcaklık kalın film devreleri (RF, sensör çipleri)

Baskılı dirençler ve yalıtkan dielektrik katman dolgu maddeleri: Pul alüminyum oksit, film yoğunluğunu, termal iletkenliği ve yalıtım güvenilirliğini artırır ve yüksek frekanslı sinyal kaybını azaltır.

IV. Yarı iletken ekipmanlar için alümina seramik yapısal bileşenler (yoğun pul alüminyum oksit seramik)

1. Plazma aşındırma makinesinin üst elektrot plakası : Radyo frekans elektrotlarını izole eder ve flor/klor plazma bombardımanına dayanıklıdır; plazma korozyonuna karşı yüksek direnç, yüksek yalıtım, düşük termal deformasyon, 200~500℃’de boyutsal kararlılık ve ±0,01 mm işleme hassasiyetine sahiptir.

2. Boşluk dielektrik penceresi, yalıtım izolasyon levhası, gofret taşıyıcı ped : plazmayı izole eder, radyo frekans enerjisini yalıtır, düzgün ısı transferi sağlar ve ekipmanın metal bileşenlerini yüksek enerjili iyon korozyonundan korur.

V. Diğer Yarı İletken Altı Uygulamaları

1. Çip Taşıyıcı / Isı Dağıtım Seramik Sertleştirme Fazı : Alümina seramiğe, onu sertleştirmek ve güçlendirmek için pul şeklinde alüminyum oksit ikinci bir faz eklenmiştir; bu sayede saf alüminanın yüksek kırılganlığı ve kolay kenar kırılması sorunları çözülmüş ve güç alt tabakalarının kullanım ömrü uzatılmıştır.

2. Yarı iletken hassas kalıplar ve fikstürler için taşlama sarf malzemeleri: Prob kartlarının, ambalaj kalıplarının ve metal kurşun çerçevelerin ayna gibi parlatılması için düz alüminyum oksit, cihaz hassasiyetini sağlamak için düşük çizik oranı sunar.

3. Yüksek yalıtım ve ısı iletkenliğine sahip kaplama : Çip ısı dağıtım alt tabakası ve güç cihazı gövdesinin yalıtım ve ısı iletkenlik kaplaması için dolgu maddesi, hem yalıtım hem de ısı dağıtımının yanı sıra hava koşullarına dayanıklılığı da dikkate alan pul alüminyum oksittir.

Sektör Trendleri

Üçüncü nesil SiC/GaN güç cihazlarında, otomotiv yarı iletkenlerinde ve gelişmiş paketlemede (2.5D/3D IC’ler) yüksek ısı iletkenliğine, düşük hasara ve yüksek yalıtım özelliklerine sahip malzemelere olan talep hızla artmaktadır. Yerli üretim alternatif bir toz olan pul alüminyum oksit, ithal yüksek kaliteli parlatma aşındırıcılarının ve ısı iletken dolgu maddelerinin yerini kademeli olarak almakta ve yarı iletken ısı dağıtımı ve gofret düzleştirme sürecinde önemli bir artımlı malzeme olarak öne çıkmaktadır.

PS:Haixu Abrasives, Japonya’daki FUJIMI ile karşılaştırılabilir parametrelere sahip pul şeklinde alüminyum oksit üretmektedir.

Kimyasal Bileşim

Fiziksel Özellikler

PSD (Parçacık Boyutu Dağılımı)