การประยุกต์ใช้แผ่นอะลูมิเนียมออกไซด์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

การประยุกต์ใช้แผ่นอะลูมิเนียมออกไซด์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

อะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่น หมายถึงอนุภาคที่มีลักษณะแบน ขอบเรียบ และมีอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างที่ควบคุมได้ (10~150:1) นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติเด่นคือ ความแข็งสูง ฉนวนกันความร้อนสูง การนำความร้อนสูง เฉื่อยต่อสารเคมี และทนต่อรอยขีดข่วนต่ำ ครอบคลุมการใช้งานหลัก 5 ด้าน ได้แก่ การเจียรและขัดแผ่นเวเฟอร์ ฉนวนกันความร้อนของบรรจุภัณฑ์ วัสดุตั้งต้นของอุปกรณ์กำลังไฟฟ้า ชิ้นส่วนเซรามิกของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ และการเติมสารละลายไดอิเล็กทริก เป็นวัสดุผงที่สำคัญสำหรับกระบวนการขั้นสูงและเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม

1. กระบวนการผลิตเวเฟอร์: การเจียรและการขัดเงาด้วยสารเคมีเชิงกล (CMP)

1. การเจียรหยาบพื้นผิวซิลิคอน/ซิลิคอนคาร์ไบด์/แซฟไฟร์ พร้อมทั้งเจียรด้านหลังให้บางลง

การขัดหยาบแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนหลังการตัด : ใช้ผงอลูมิเนียมออกไซด์ขนาด 1-5 ไมโครเมตรเพื่อกำจัดชั้นความเสียหายจากการตัดอย่างรวดเร็ว การตัดแบบเลื่อนด้วยอนุภาคแบนช่วยลดรอยแตกขนาดเล็กที่ขอบของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ลดอัตราการบิดเบี้ยวและการแตกหักของเวเฟอร์ และเพิ่มผลผลิต

การทำให้เวเฟอร์ 3D IC บางเป็นพิเศษ : อะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นจะขัดเวเฟอร์ให้มีความหนา 50~100 ไมโครเมตร เมื่อเทียบกับคอรันดัมทรงกลม/มุมแหลม ชั้นความเสียหายใต้พื้นผิวจะบางกว่า ซึ่งเหมาะสำหรับกระบวนการ TSV (Through-Hole) บนซิลิคอน สูตรที่มีความบริสุทธิ์สูงและโซเดียมต่ำ (Na<1ppm) ช่วยหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของทองแดงในจุดเชื่อมต่อ

สารตั้งต้นเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม (SiC/GaN/แซฟไฟร์) : ซิลิคอนคาร์ไบด์และแซฟไฟร์มีความแข็งสูงมาก และลักษณะพื้นผิวเรียบช่วยลดรอยขีดข่วนและหลุมบนพื้นผิวได้อย่างมาก ทำให้เหมาะสำหรับการเตรียมพื้นผิวให้เรียบก่อนการปลูกผลึกในอุปกรณ์กำลังไฟฟ้า

2. สารขัดแกนกลางสำหรับขัดเงา CMP

1. การขัดเงาตัวเชื่อมต่อโลหะ (ชั้นกั้นทองแดง/ทังสเตน Ta/TaN) : สารขัดหลักสำหรับการขัดเงาแบบ CMP ของสายทองแดง คือ อะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นผสมกับสารออกซิไดซ์ H₂O₂ อนุภาคแบนจะตัดได้อย่างสม่ำเสมอ สามารถควบคุมอัตราการกำจัดโลหะ และลดรอยบุ๋มรูปทรงจานและข้อบกพร่องจากการกัดกร่อนได้

2. การขัดเงาร่องตื้นแบบ STI : ผสมอะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นกับซิลิกาออกไซด์แบบคอลลอยด์เพื่อควบคุมอัตราส่วนการเลือกขัดเงาของซิลิกาออกไซด์/ซิลิกาไนไตรด์ อนุภาคแบนช่วยให้พื้นผิวเรียบโดยรวมและป้องกันรอยขีดข่วนบนผนังด้านข้างของร่อง

3. การขัดเงาหน้าต่างแซฟไฟร์ / แผ่นเวเฟอร์ออปติคอล : สารละลายขัดเงาอะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นที่มีความเสถียรสูงและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ มีอัตราการขจัดผิวสูงในขณะที่รักษาระดับความหยาบผิวระดับนาโนเมตร Ra<0.5 นาโนเมตร ทำให้เหมาะสำหรับการขัดเงาหน้าต่างโฟโตลิโทกราฟีและพื้นผิวแซฟไฟร์สำหรับ LED ในการผลิตจำนวนมาก

II. บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์: สารเติมแต่งฉนวนที่มีค่าการนำความร้อนสูง 

โครงสร้างสองมิติของแผ่นอะลูมิเนียมออกไซด์เป็นข้อได้เปรียบหลัก : การสัมผัสกันระหว่างแผ่นทำให้สร้างเส้นทางนำความร้อนต่อเนื่องภายในเรซินได้ง่าย ภายใต้ปริมาณการบรรจุที่เท่ากัน ค่าการนำความร้อนจะสูงกว่าอะลูมินาแบบทรงกลมอย่างเห็นได้ชัด ในขณะที่ยังคงรักษาความเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและการขยายตัวทางความร้อนต่ำเพื่อให้เข้ากับพื้นผิวของชิป

1. วัสดุเชื่อมต่อความร้อน (TIM) (แผ่นระบายความร้อน / จาระบีระบายความร้อน / เจลระบายความร้อน)

อะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นถูกนำมาใช้ในการระบายความร้อนในซีพียู, จีพียู, ไอจีบีที, โมดูลพลังงานซิลิคอนคาร์ไบด์ และชิป RF 5G

สารเติมแต่งอะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่น: ช่วยเพิ่มค่าการนำความร้อนของซิลิโคนเป็น 1.5~4 วัตต์/เมตร·เคลวิน

สูตรผสม (อะลูมิเนียมออกไซด์แผ่น + อะลูมิเนียมออกไซด์ทรงกลม): ทรงกลมขนาดเล็กจะเติมเต็มช่องว่างระหว่างชั้นลามินาร์ ช่วยเพิ่มการนำความร้อนได้มากกว่า 25% ในขณะเดียวกันก็รักษาสมดุลระหว่างการนำความร้อนสูงกับความสามารถในการไหลของสารละลาย อะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นให้ฉนวนสูง ทนต่ออุณหภูมิสูงและต่ำ และทนต่อแรงดันไฟฟ้า ตรงตามข้อกำหนดการแยกแรงดันสูงของอุปกรณ์ไฟฟ้า

2. สารประกอบอีพ็อกซี่สำหรับงานหล่อ สารประกอบสำหรับขึ้นรูป และสารเติมเต็ม

เรซินอีพ็อกซีสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าและบรรจุภัณฑ์ชิปยานยนต์ ผสมอลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่น:

1. ปรับปรุงการนำความร้อนโดยรวมและระบายความร้อนจูลออกจากชิปได้อย่างรวดเร็ว

2. ปรับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ของวัสดุคอมโพสิตให้ตรงกับซิลิคอน/ซิลิคอนคาร์ไบด์ เพื่อลดการแตกร้าวจากการแยกชั้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

3. ฉนวนไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงและสิ่งเจือปนไอออนิกต่ำช่วยป้องกันการรั่วไหลและการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมีระหว่างการห่อหุ้ม

4. สามารถใช้ทดแทนโบรอนไนไตรด์และอะลูมิเนียมไนไตรด์บางส่วนได้ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนของวัสดุบรรจุภัณฑ์ระดับสูงได้อย่างมาก

3. กาวอุดก้นภาชนะ

ฟลิปชิป BGA และ FCBGA ที่เติมด้วยแผ่นอะลูมิเนียมออกไซด์: แผ่นอะลูมิเนียมออกไซด์ช่วยเพิ่มการนำความร้อนของชั้นกาว พร้อมทั้งเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันของฟิล์มกาว

III. วงจรฟิล์มหนา/ฟิล์มบาง อะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นที่เติมด้วยสารวางไดอิเล็กทริก

1. สารวางไดอิเล็กทริกสำหรับพื้นผิวเซรามิก DBC/AMB

แผ่นรองพื้นเซรามิกอะลูมินาสำหรับโมดูลกำลัง IGBT และ SiC โดยมีการเติมอะลูมิเนียมออกไซด์แผ่นขนาดไมครอนลงในสารวางไดอิเล็กทริก:

ปรับปรุงความหนาแน่นและความแข็งแรงดัดงอของวัสดุเซรามิก ผลึกรูปแผ่นช่วยเบี่ยงเบนรอยแตกและเพิ่มความเหนียว ป้องกันการแตกหักจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของวัสดุ

การปรับค่าคงที่ไดอิเล็กทริกและแรงดันทนต่อฉนวนช่วยเพิ่มเสถียรภาพของวัสดุพื้นฐานในย่านความถี่วิทยุ

ปรับปรุงคุณสมบัติการปรับระดับของเนื้อวัสดุเพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบเนียนขึ้นหลังการพิมพ์

2. วงจรฟิล์มหนาอุณหภูมิสูง (RF, ชิปเซ็นเซอร์)

ตัวต้านทานแบบพิมพ์และสารเติมแต่งชั้นฉนวนไดอิเล็กทริก: อะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นช่วยเพิ่มความหนาแน่นของฟิล์ม การนำความร้อน และความน่าเชื่อถือของฉนวน และลดการสูญเสียสัญญาณความถี่สูง

IV. ชิ้นส่วนโครงสร้างเซรามิกอลูมินาสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ (เซรามิกอลูมิเนียมออกไซด์แผ่นหนาแน่น)

1. แผ่นอิเล็กโทรดด้านบนของเครื่องกัดผิวด้วยพลาสมา : แยกอิเล็กโทรดคลื่นความถี่วิทยุและทนต่อการกระแทกของพลาสมาฟลูออรีน/คลอรีน มีความต้านทานสูงต่อการกัดกร่อนของพลาสมา ฉนวนสูง การเสียรูปจากความร้อนต่ำ เสถียรภาพของมิติในช่วงอุณหภูมิ 200~500℃ และความแม่นยำในการตัดเฉือน ±0.01 มม.

2. หน้าต่างไดอิเล็กทริกแบบโพรง แผ่นฉนวนกันไฟฟ้า แผ่นรองเวเฟอร์ : แยกพลาสมา ป้องกันพลังงานคลื่นความถี่วิทยุ ช่วยให้ถ่ายเทความร้อนได้สม่ำเสมอ และปกป้องชิ้นส่วนโลหะของอุปกรณ์จากการกัดกร่อนของไอออนพลังงานสูง

V. การใช้งานอื่นๆ ในกลุ่มสารกึ่งตัวนำ

1. เซรามิกตัวนำชิป/ระบายความร้อนเสริมความแข็งแรง : มีการเติมอะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นลงในเซรามิกอลูมินาเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความทนทาน แก้ปัญหาความเปราะบางและการบิ่นของขอบง่ายของอลูมินาบริสุทธิ์ และช่วยยืดอายุการใช้งานของวัสดุรองรับกำลังไฟฟ้า

2. วัสดุสิ้นเปลืองสำหรับการเจียรแม่พิมพ์และจิ๊กที่มีความแม่นยำสูงในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์:อะลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นเรียบ สำหรับขัดเงาพื้นผิวของแผงวงจรทดสอบ แม่พิมพ์บรรจุภัณฑ์ และโครงโลหะนำไฟฟ้า โดยมีรอยขีดข่วนน้อยที่สุด เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของอุปกรณ์

3. สารเคลือบที่มีฉนวนกันความร้อนและการนำความร้อนสูง : สารเติมแต่งสำหรับสารเคลือบฉนวนกันความร้อนและการนำความร้อนของพื้นผิวระบายความร้อนของชิปและเปลือกของอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าคือแผ่นอลูมิเนียมออกไซด์ ซึ่งคำนึงถึงทั้งคุณสมบัติของฉนวนกันความร้อน การระบายความร้อน และความทนทานต่อสภาพอากาศ

แนวโน้มอุตสาหกรรม

ความต้องการวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูง ความเสียหายต่ำ และฉนวนกันความร้อนสูง กำลังเพิ่มสูงขึ้นอย่างมากในอุปกรณ์ไฟฟ้า SiC/GaN รุ่นที่สาม เซมิคอนดักเตอร์สำหรับยานยนต์ และบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง (IC 2.5D/3D) ผงอลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่น ซึ่งเป็นวัสดุทางเลือกที่ผลิตในประเทศ กำลังค่อยๆ เข้ามาแทนที่สารขัดเงาคุณภาพสูงและสารเติมแต่งนำความร้อนที่นำเข้า และเป็นวัสดุสำคัญที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อนและการปรับพื้นผิวเวเฟอร์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ปล. บริษัท Haixu Abrasives ผลิตอลูมิเนียมออกไซด์แบบแผ่นที่มีคุณสมบัติเทียบเท่ากับบริษัท FUJIMI ในประเทศญี่ปุ่น

องค์ประกอบทางเคมี

คุณสมบัติทางกายภาพ

PSD (การกระจายขนาดอนุภาค)