Aplicações do óxido de alumínio nas plaquetas na indústria de semicondutores

Aplicações do óxido de alumínio nas plaquetas na indústria de semicondutores

O óxido de alumínio nas plaquetas refere-se a partículas planas, com bordos lisos e uma relação de aspecto controlável (10~150:1). Possui ainda características como elevada dureza, elevado isolamento, elevada condutividade térmica, inércia química e baixa resistência aos riscos. É utilizado em cinco cenários principais: retificação e polimento de wafers, isolamento térmico de encapsulamento, substratos de dispositivos de potência, componentes cerâmicos de equipamentos semicondutores e enchimento de pastas dielétricas. É um material em pó fundamental para processos avançados e semicondutores de terceira geração.

I. Processamento de wafers: rectificação e CMP (polimento químico-mecânico)

1. Desbaste grosseiro de substratos de silício/carboneto de silício/safira, com adelgaçamento da parte traseira.

Desbaste grosseiro de wafers de silício após o corte : óxido de alumínio em plaquetas de 1 a 5 μm para remover rapidamente a camada danificada pelo corte; o corte deslizante de partículas planas reduz as microfissuras na borda do wafer de silício, diminui a deformação e a taxa de fragmentação do wafer e melhora o rendimento.

Redução ultrafina de wafers em circuitos integrados 3D : O óxido de alumínio nas plaquetas reduz a espessura do wafer para 50~100 μm; em comparação com o coríndon esférico/com cantos vivos, a camada de dano subsuperficial é mais fina, o que é adequado para o processo de fabrico de silício TSV com orifícios passantes; a fórmula de elevada pureza e baixo teor de sódio (Na < 1 ppm) evita a contaminação das interligações de cobre.

Substratos semicondutores de terceira geração (SiC/GaN/safira) : O carboneto de silício e a safira possuem uma dureza extremamente elevada, e a sua morfologia plana reduz significativamente os riscos e as cavidades na superfície, tornando-os adequados para o pré-tratamento de espelhamento antes da epitaxia dos dispositivos de potência.

2. Abrasivo de núcleo de pasta de polimento CMP

1. Polimento de interligações metálicas (camada de barreira de cobre/tungsténio Ta/TaN) : O abrasivo mais utilizado para o CMP em fios de cobre é o óxido de alumínio nas plaquetas combinado com o oxidante H₂O₂; as partículas planas cortam uniformemente, a taxa de remoção de metal pode ser controlada e as depressões em forma de prato e os defeitos de corrosão são reduzidos.

2. Polimento STI (isolamento de vala rasa) : o óxido de alumínio nas plaquetas é combinado com SiO₂ coloidal para controlar a proporção de seletividade do polimento entre o óxido de silício e o nitreto de silício; partículas planas garantem a planura geral e evitam riscos nas paredes laterais da vala.

3. Polimento de Janelas de Safira / Wafer Óptico : A pasta de polimento alcalina de óxido de alumínio em plaquetas é altamente estável e reciclável; atinge uma elevada taxa de remoção, mantendo uma rugosidade à nanoescala Ra<0,5nm, tornando-a adequada para polir janelas de fotolitografia e substratos de safira de LEDs em produção em massa.

II. Embalagem de semicondutores: Enchimento isolante de alta condutividade térmica 

A estrutura bidimensional das plaquetas de óxido de alumínio é a sua principal vantagem : o contacto entre as lâminas facilita a criação de um caminho contínuo de condutividade térmica no interior da resina. Com a mesma quantidade de material de enchimento, a condutividade térmica é significativamente maior do que a da alumina esférica, mantendo ao mesmo tempo um excelente isolamento elétrico e uma baixa expansão térmica, adequando-se ao substrato do chip.

1. Materiais de interface térmica (TIM) (almofadas térmicas/pasta térmica/gel térmico)

O óxido de alumínio em forma de plaquetas é utilizado para a dissipação de calor em CPUs, GPUs, IGBTs, módulos de potência de SiC e chips de RF 5G.

Enchimento com óxido de alumínio nas plaquetas: Aumenta a condutividade térmica do silicone para 1,5~4 W/m・K;

A formulação composta (óxido de alumínio nas plaquetas + óxido de alumínio esférico): pequenas esferas preenchem os espaços entre as camadas lamelares, melhorando a condutividade térmica em mais de 25%, ao mesmo tempo que equilibram a elevada condutividade térmica com a fluidez da pasta; a alumina plana proporciona um elevado isolamento, resistência a altas e baixas temperaturas e resistência à tensão, cumprindo os requisitos de isolamento de alta tensão dos dispositivos de potência.

2.º Compostos de encapsulamento epóxi, compostos de moldagem e cargas.

Resina epóxi para encapsulamento de dispositivos de potência e chips automóveis com adição de óxido de alumínio nas plaquetas:

1.º Melhorar a condutividade térmica global e dissipar rapidamente o calor Joule do chip;

2.º Ajustar o coeficiente de expansão térmica (CTE) do material compósito para corresponder ao silício/carboneto de silício e reduzir o aparecimento de fissuras por delaminação durante os ciclos térmicos;

3.Um elevado isolamento e baixas impurezas iónicas previnem fugas e corrosão eletroquímica durante o encapsulamento;

4. Pode substituir parte do nitreto de boro e do nitreto de alumínio, reduzindo significativamente o custo dos materiais de embalagem de alta qualidade.

3. Cola para enchimento do fundo

Flip Chip BGA e FCBGA preenchidos com óxido de alumínio nas plaquetas: O óxido de alumínio nas plaquetas melhora a condutividade térmica da camada adesiva, além de aumentar a resistência mecânica e a resistência ao choque térmico do filme adesivo.

III. Circuitos de película espessa/película fina, óxido de alumínio em plaquetas preenchido com pasta dielétrica

1. Pasta dielétrica para substrato cerâmico DBC/AMB

Substratos cerâmicos de alumina para módulos de potência IGBT e SiC, com adição de óxido de alumínio sob a forma de plaquetas micrométricas à pasta dielétrica:

Melhorar a densidade e a resistência à flexão dos substratos cerâmicos; cristais em forma de placa promovem a deflexão de fissuras e o aumento da tenacidade, inibindo a fratura do substrato por ciclos térmicos.

O ajuste da constante dielétrica e da tensão suportável de isolamento melhora a estabilidade da radiofrequência do substrato;

Otimize as propriedades de nivelamento da pasta para obter uma superfície mais suave após a impressão.

2. Circuitos de película espessa para altas temperaturas (RF, chips de sensores)

Resistores impressos e materiais de enchimento para camadas dielétricas isolantes: O óxido de alumínio nas plaquetas melhora a densidade da película, a condutividade térmica e a fiabilidade do isolamento, além de reduzir a perda de sinal a altas frequências.

IV. Componentes estruturais de cerâmica de alumina para equipamentos semicondutores (cerâmica de óxido de alumínio em plaquetas densas)

1. Placa de elétrodo superior da máquina de gravação por plasma : isola os elétrodos de radiofrequência e suporta o bombardeamento de plasma de flúor/cloro; elevada resistência à corrosão por plasma, elevado isolamento, baixa deformação térmica, estabilidade dimensional de 200 a 500 °C e precisão de maquinação de ±0,01 mm.

2. Janela dielétrica da cavidade, folha isolante de isolamento, almofada de suporte do wafer : isola o plasma, isola a energia de radiofrequência, garante a transferência uniforme de calor e protege os componentes metálicos do equipamento contra a corrosão por iões de alta energia.

V. Outras aplicações dos subsemicondutores

1. Camada de reforço cerâmico para dissipação de calor/suporte de chip : Uma segunda fase de óxido de alumínio em forma de plaquetas é introduzida na cerâmica de alumina para a reforçar e torná-la mais resistente, resolvendo os problemas de alta fragilidade e fácil lascamento das bordas da alumina pura e melhorando a vida útil dos substratos de potência.

2. Consumíveis para a retificação de moldes e dispositivos de precisão para semicondutores: Óxido de alumínio Flatelet para polimento espelhado de placas de teste, moldes de embalagem e estruturas de chumbo metálicas, com um baixo nível de riscos para garantir a precisão do dispositivo.

3.º Revestimento de alta isolação e condutividade térmica : O material de enchimento para o revestimento isolante e termicamente condutor do substrato de dissipação de calor do chip e da carcaça do dispositivo de potência é o óxido de alumínio nas plaquetas, que tem em conta tanto a isolação e a dissipação de calor como a resistência às intempéries.

Tendências do setor

A procura por materiais com elevada condutividade térmica, baixo dano e elevado isolamento está em plena expansão em dispositivos de potência SiC/GaN de terceira geração, semicondutores automóveis e embalagens avançadas (CIs 2.5D/3D). O óxido de alumínio nas plaquetas, como pó alternativo produzido internamente, está gradualmente a substituir os abrasivos de polimento de alta qualidade e as cargas termicamente condutoras importadas, sendo um material incremental fundamental na dissipação de calor em semicondutores e no processo de planarização de wafers.

PS: A Haixu Abrasives produz óxido de alumínio em plaquetas com parâmetros comparáveis ​​aos da FUJIMI no Japão.

Composição Química

Propriedades Físicas

PSD (Distribuição do Tamanho das Partículas)