Anwendungen von plättchenförmigem Aluminiumoxid in der Halbleiterindustrie

Anwendungen von plättchenförmigem Aluminiumoxid in der Halbleiterindustrie

Plättchenförmiges Aluminiumoxid bezeichnet flache Partikel mit glatten Kanten und einem einstellbaren Aspektverhältnis (10–150:1). Es zeichnet sich durch hohe Härte, hohe Isolationsfähigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, chemische Inertheit und geringe Kratzfestigkeit aus. Es findet Anwendung in fünf Hauptbereichen: Wafer-Schleifen und -Polieren, Wärmedämmung von Gehäusen, Substrate für Leistungshalbleiter, Keramikteile für Halbleiteranlagen und dielektrische Slurry-Füllung. Es ist ein Schlüsselmaterial für fortschrittliche Fertigungsprozesse und Halbleiter der dritten Generation.

I. Waferbearbeitung: Schleifen und CMP (Chemisch-Mechanisches Polieren)

1. Grobes Schleifen von Silizium/Siliziumkarbid/Saphir-Substraten mit Ausdünnen der Rückseite.

Grobschleifen der Siliziumwafer nach dem Schneiden : 1~5μm plättchenförmiges Aluminiumoxid zum schnellen Entfernen der Schnittschadenschicht; Gleitschneiden flacher Partikel reduziert Mikrorisse am Rand des Siliziumwafers, verringert die Waferverformung und die Fragmentierungsrate und verbessert die Ausbeute.

3D-IC-Ultradünnwafer-Verdünnung : Plättchenförmiges Aluminiumoxid schleift den Wafer auf 50–100 μm; im Vergleich zu sphärischem/scharfkantigem Korund ist die Suboberflächenschädigungsschicht dünner, was für den TSV-Silizium-Durchkontaktierungsprozess geeignet ist; die hochreine natriumarme (Na<1ppm) Formel vermeidet eine Verunreinigung der Kupferverbindungen.

Halbleitersubstrate der dritten Generation (SiC/GaN/Saphir) : Siliziumkarbid und Saphir weisen eine extrem hohe Härte auf, und ihre ebene Morphologie reduziert Oberflächenkratzer und -gruben erheblich, wodurch sie sich für die Spiegelvorbehandlung vor der Epitaxie von Leistungsbauelementen eignen.

2. CMP-Polierschlammkern-Schleifmittel

1. Polieren von Metallverbindungen (Kupfer/Wolfram-Sperrschicht Ta/TaN) : Das gängigste Schleifmittel für das CMP von Kupferleitungen ist plättchenförmiges Aluminiumoxid in Kombination mit H₂O₂ als Oxidationsmittel; die flachen Partikel schneiden gleichmäßig, die Abtragsrate kann kontrolliert werden, und schalenförmige Vertiefungen und Korrosionsdefekte werden reduziert.

2. Polieren von flachen Grabenisolationsanlagen (STI) : Plättchenförmiges Aluminiumoxid wird mit kolloidalem SiO₂ vermischt, um das Selektivitätsverhältnis von Siliziumoxid zu Siliziumnitrid beim Polieren zu steuern; flache Partikel gewährleisten eine gleichmäßige Ebenheit und vermeiden Kratzer an den Grabenwänden.

3. Saphirfenster-/Optische Waferpolitur : Die alkalische Poliersuspension aus plättchenförmigem Aluminiumoxid ist hochstabil und wiederverwertbar; sie erzielt eine hohe Abtragsrate bei gleichzeitiger Beibehaltung einer Nanorauheit Ra<0,5nm und eignet sich daher für die Massenproduktion von Fotolithografiefenstern und LED-Saphirsubstraten.

II. Halbleitergehäuse: Isolierendes Füllmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit 

Die zweidimensionale Struktur des plättchenförmigen Aluminiumoxids ist sein entscheidender Vorteil : Der Kontakt zwischen den Schichten ermöglicht den einfachen Aufbau eines durchgehenden Wärmeleitpfads im Harz. Bei gleicher Füllmenge ist die Wärmeleitfähigkeit deutlich höher als die von kugelförmigem Aluminiumoxid, während gleichzeitig eine hervorragende elektrische Isolation und eine geringe Wärmeausdehnung für die optimale Anpassung an das Chipsubstrat erhalten bleiben.

1. Wärmeleitmaterialien (TIM) (Wärmeleitpads / Wärmeleitpaste / Wärmeleitgel)

Plättchenförmiges Aluminiumoxid wird zur Wärmeableitung in CPUs, GPUs, IGBTs, SiC-Leistungsmodulen und 5G-HF-Chips verwendet.

Plättchenförmiger Aluminiumoxid-Füllstoff: Erhöht die Wärmeleitfähigkeit von Silikon auf 1,5–4 W/m·K;

Die Compound-Formulierung (plättchenförmiges Aluminiumoxid + kugelförmiges Aluminiumoxid): Kleine Kugeln füllen die Zwischenräume zwischen den Lamellenschichten und verbessern so die Wärmeleitfähigkeit um mehr als 25 %, während gleichzeitig eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit guter Fließfähigkeit der Suspension in Einklang gebracht wird; flaches Aluminiumoxid bietet eine hohe Isolationsfähigkeit, Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen sowie Spannungsfestigkeit und erfüllt somit die Anforderungen an die Hochspannungsisolation von Leistungselektronikgeräten.

2. Epoxid-Vergussmassen, Formmassen und Füllstoffe

Epoxidharz für die Gehäuse von Leistungselektronikbauteilen und Automobilchips mit Zusatz von plättchenförmigem Aluminiumoxid:

1. Verbesserung der gesamten Wärmeleitfähigkeit und schnelle Ableitung der Joule-Wärme vom Chip;

2. Den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) des Verbundwerkstoffs an Silizium/Siliziumkarbid anpassen und die Delaminierungsrissbildung bei thermischer Zyklisierung reduzieren;

3. Hohe Isolationseigenschaften und geringe ionische Verunreinigungen verhindern Leckagen und elektrochemische Korrosion während der Verkapselung;

4. Es kann Bornitrid und Aluminiumnitrid teilweise ersetzen und so die Kosten für hochwertige Verpackungsmaterialien erheblich senken.

3. Bodenfüllerkleber

Flip-Chip-BGA und FCBGA gefüllt mit plättchenförmigem Aluminiumoxid: Plättchenförmiges Aluminiumoxid verbessert die Wärmeleitfähigkeit der Klebeschicht und erhöht gleichzeitig die mechanische Festigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit des Klebefilms.

III. Dickschicht-/Dünnschichtschaltungen, mit dielektrischer Paste gefülltes plättchenförmiges Aluminiumoxid

1. DBC/AMB Keramiksubstrat-Dielektrikumpaste

IGBT- und SiC-Leistungsmodul-Aluminiumoxid-Keramiksubstrate, denen mikrometergroße Aluminiumoxidplättchen in der dielektrischen Paste zugesetzt wurden:

Verbesserung der Dichte und Biegefestigkeit von Keramiksubstraten; plättchenförmige Kristalle bewirken Rissablenkung und Zähigkeitssteigerung und hemmen so den thermischen Zyklusbruch des Substrats.

Durch Anpassen der Dielektrizitätskonstante und der Isolationsfestigkeit lässt sich die Hochfrequenzstabilität des Substrats verbessern;

Optimieren Sie die Verlaufseigenschaften der Paste für eine glattere Oberfläche nach dem Drucken.

2. Hochtemperatur-Dickschichtschaltungen (HF-, Sensorchips)

Gedruckte Widerstände und Füllstoffe für die isolierende dielektrische Schicht: Plättchenförmiges Aluminiumoxid verbessert die Schichtdichte, die Wärmeleitfähigkeit und die Isolationszuverlässigkeit und reduziert den Hochfrequenzsignalverlust.

IV. Strukturbauteile aus Aluminiumoxidkeramik für Halbleiteranlagen (dichte plättchenförmige Aluminiumoxidkeramik)

1. Obere Elektrodenplatte der Plasmaätzmaschine : isoliert Hochfrequenzelektroden und widersteht Fluor-/Chlor-Plasmabeschuss; hohe Beständigkeit gegen Plasmakorrosion, hohe Isolation, geringe thermische Verformung, Dimensionsstabilität bei 200~500℃ und Bearbeitungsgenauigkeit ±0,01 mm.

2. Dielektrisches Fenster im Hohlraum, isolierende Isolierfolie, Wafer-Trägerpad : isoliert Plasma, isoliert Hochfrequenzenergie, gewährleistet gleichmäßige Wärmeübertragung und schützt die Metallkomponenten des Geräts vor Korrosion durch hochenergetische Ionen.

V. Weitere Anwendungen auf Subhalbleiterebene

1. Chipträger / Wärmeableitung Keramikverstärkungsphase : Eine plättchenförmige Aluminiumoxid-Zweite Phase wird in die Aluminiumoxidkeramik eingebracht, um diese zu verstärken und zu härten. Dadurch werden die Probleme der hohen Sprödigkeit und des leichten Kantenabsplitterns von reinem Aluminiumoxid gelöst und die Lebensdauer von Leistungssubstraten verbessert.

2. Verbrauchsmaterialien für das Schleifen von Präzisionsformen und Vorrichtungen für die Halbleiterindustrie: Flaches Aluminiumoxid zum Hochglanzpolieren von Prüfkarten, Gehäuseformen und Metall-Anschlussrahmen mit geringer Kratzerbildung, um die Gerätepräzision zu gewährleisten.

3. Beschichtung mit hoher Isolierung und Wärmeleitfähigkeit : Als Füllstoff für die isolierende und wärmeleitende Beschichtung des Chip-Wärmeableitungssubstrats und des Gehäuses des Leistungsbauelements dient plättchenförmiges Aluminiumoxid, das sowohl Isolierung und Wärmeableitung als auch Witterungsbeständigkeit berücksichtigt.

Branchentrends

Die Nachfrage nach Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, geringer Schädigung und hoher Isolationsfähigkeit steigt rasant bei SiC/GaN-Leistungshalbleitern der dritten Generation, Halbleitern für die Automobilindustrie und fortschrittlichen Gehäusetechnologien (2,5D/3D-ICs). Plättchenförmiges Aluminiumoxid, ein im Inland hergestelltes Alternativpulver, ersetzt zunehmend importierte, hochwertige Poliermittel und wärmeleitende Füllstoffe und ist ein Schlüsselmaterial für die Wärmeableitung und Waferplanarisierung in der Halbleiterfertigung.

PS:Haixu Abrasives produziert plättchenförmiges Aluminiumoxid mit Parametern, die mit denen von FUJIMI in Japan vergleichbar sind.

Chemische Zusammensetzung

Physikalische Eigenschaften

Partikelgrößenverteilung (PSD)