Aplicaciones del óxido de aluminio en plaquetas en la industria de los semiconductores
El óxido de aluminio en plaquetas se refiere a partículas planas, de bordes lisos y con una relación de aspecto controlable (10~150:1). Posee además características como alta dureza, alto aislamiento, alta conductividad térmica, inercia química y baja resistencia al rayado. Se utiliza en cinco aplicaciones principales: pulido y rectificado de obleas, aislamiento térmico de encapsulados, sustratos para dispositivos de potencia, componentes cerámicos para equipos de semiconductores y relleno de lodos dieléctricos. Es un material en polvo clave para procesos avanzados y semiconductores de tercera generación.
I. Procesamiento de obleas: Rectificado y CMP (Pulido Químico-Mecánico)
1. Desbaste de sustratos de silicio/carburo de silicio/zafiro, con adelgazamiento de la cara posterior.
El desbaste de las obleas de silicio tras el corte consiste en eliminar rápidamente la capa dañada por el corte mediante la aplicación de óxido de aluminio en plaquetas de 1 a 5 μm; el corte deslizante de partículas planas reduce las microfisuras en el borde de la oblea de silicio, disminuye la deformación y la tasa de fragmentación de la oblea y mejora el rendimiento.
Adelgazamiento ultrafino de obleas para circuitos integrados 3D : El óxido de aluminio en plaquetas reduce el grosor de la oblea a 50-100 μm; en comparación con el corindón esférico/de esquinas afiladas, la capa de daño subsuperficial es más delgada, lo que resulta adecuado para el proceso de orificio pasante de silicio TSV; la fórmula de alta pureza y bajo contenido de sodio (Na < 1 ppm) evita la contaminación de las interconexiones de cobre.
Sustratos semiconductores de tercera generación (SiC/GaN/zafiro) : El carburo de silicio y el zafiro poseen una dureza extremadamente alta, y su morfología plana reduce significativamente los arañazos y las imperfecciones superficiales, lo que los hace adecuados para el pretratamiento de espejos antes de la epitaxia de dispositivos de potencia.
2. Abrasivo de núcleo de lodo de pulido CMP
1. Pulido de interconexiones metálicas (capa barrera de cobre/tungsteno Ta/TaN) : El abrasivo principal para el CMP de cableado de cobre, óxido de aluminio en plaquetas combinado con oxidante H₂O₂; las partículas planas cortan uniformemente, se puede controlar la tasa de eliminación de metal y se reducen las depresiones en forma de plato y los defectos de corrosión.
2. Pulido STI de aislamiento de zanja poco profunda : el óxido de aluminio en plaquetas se combina con SiO₂ coloidal para controlar la relación de selectividad de pulido de óxido de silicio/nitruro de silicio; las partículas planas aseguran una planitud general y evitan arañazos en las paredes laterales de la zanja.
3. Pulido de ventanas de zafiro/obleas ópticas : La pasta de pulido alcalina de óxido de aluminio en plaquetas es altamente estable y reciclable; logra una alta tasa de eliminación manteniendo una rugosidad a nanoescala Ra<0,5 nm, lo que la hace adecuada para el pulido de ventanas de fotolitografía y sustratos de zafiro LED en la producción en masa.
II. Empaquetado de semiconductores: Relleno aislante de alta conductividad térmica
La estructura bidimensional del óxido de aluminio en forma de plaquetas es su principal ventaja : el contacto entre las láminas facilita la creación de una vía continua de conductividad térmica dentro de la resina. Con la misma cantidad de relleno, la conductividad térmica es significativamente mayor que la de la alúmina esférica, manteniendo un excelente aislamiento eléctrico y una baja dilatación térmica que se adapta al sustrato del chip.
1. Materiales de interfaz térmica (TIM) (almohadillas térmicas / grasa térmica / gel térmico)
El óxido de aluminio en plaquetas se utiliza para la disipación de calor en CPU, GPU, IGBT, módulos de potencia de SiC y chips de RF 5G.
Relleno de óxido de aluminio en plaquetas: aumenta la conductividad térmica de la silicona a 1,5~4 W/m・K;
La formulación del compuesto (óxido de aluminio en plaquetas + óxido de aluminio esférico): las pequeñas esferas rellenan los huecos entre las capas lamelares, mejorando la conductividad térmica en más de un 25 %, a la vez que equilibran la alta conductividad térmica con la fluidez de la suspensión; la alúmina plana proporciona un alto aislamiento, resistencia a altas y bajas temperaturas y resistencia al voltaje, cumpliendo con los requisitos de aislamiento de alto voltaje de los dispositivos de potencia.
2. Compuestos de encapsulado epoxi, compuestos de moldeo y rellenos
Resina epoxi para encapsulado de chips para dispositivos de potencia y automoción con óxido de aluminio en plaquetas añadido:
1. Mejora la conductividad térmica general y disipa rápidamente el calor Joule del chip;
2. Ajustar el coeficiente de expansión térmica (CTE) del material compuesto para que coincida con el silicio/carburo de silicio y reducir el agrietamiento por delaminación durante el ciclo térmico;
3. El alto aislamiento y las bajas impurezas iónicas evitan fugas y corrosión electroquímica durante el encapsulado;
4. Puede sustituir parte del nitruro de boro y del nitruro de aluminio, reduciendo significativamente el coste de los materiales de embalaje de alta gama.
3. Pegamento de relleno inferior
Relleno de óxido de aluminio en plaquetas para encapsulados Flip Chip BGA y FCBGA: El óxido de aluminio en plaquetas mejora la conductividad térmica de la capa adhesiva, al tiempo que aumenta la resistencia mecánica y la resistencia al choque térmico de la película adhesiva.
III. Circuitos de película gruesa/película delgada, óxido de aluminio en plaquetas relleno de pasta dieléctrica
1. Pasta dieléctrica para sustrato cerámico DBC/AMB
Sustratos cerámicos de alúmina para módulos de potencia IGBT y SiC, con óxido de aluminio en plaquetas de tamaño micrométrico añadido a la pasta dieléctrica:
Mejora la densidad y la resistencia a la flexión de los sustratos cerámicos; los cristales en forma de láminas logran la desviación de grietas y el endurecimiento, inhibiendo la fractura por ciclos térmicos del sustrato.
Ajustar la constante dieléctrica y la tensión de rigidez dieléctrica mejora la estabilidad de radiofrecuencia del sustrato;
Optimiza las propiedades autonivelantes de la pasta para obtener una superficie más lisa después de la impresión.
2. Circuitos de película gruesa de alta temperatura (RF, chips sensores)
Resistencias impresas y rellenos de capas dieléctricas aislantes: El óxido de aluminio en plaquetas mejora la densidad de la película, la conductividad térmica y la fiabilidad del aislamiento, y reduce la pérdida de señal de alta frecuencia.
IV. Componentes estructurales de cerámica de alúmina para equipos de semiconductores (cerámica de óxido de aluminio en plaquetas densas)
1. Placa de electrodo superior de la máquina de grabado por plasma : aísla los electrodos de radiofrecuencia y resiste el bombardeo de plasma de flúor/cloro; alta resistencia a la corrosión por plasma, alto aislamiento, baja deformación térmica, estabilidad dimensional a 200~500℃ y precisión de mecanizado de ±0,01 mm.
2. Ventana dieléctrica de cavidad, lámina aislante, almohadilla portadora de oblea : aísla el plasma, aísla la energía de radiofrecuencia, garantiza una transferencia de calor uniforme y protege los componentes metálicos del equipo de la corrosión por iones de alta energía.
V. Otras aplicaciones de subsemiconductores
1. Fase de refuerzo cerámico para el soporte del chip/disipación de calor : Se introduce una segunda fase de óxido de aluminio en forma de plaquetas en la cerámica de alúmina para reforzarla y endurecerla, solucionando los problemas de alta fragilidad y fácil astillamiento de los bordes de la alúmina pura, y mejorando la vida útil de los sustratos de potencia.
2. Consumibles para el rectificado de moldes y plantillas de precisión para semiconductores: Óxido de aluminio Flatelet para el pulido espejo de tarjetas de sonda, moldes de embalaje y marcos de conexión metálicos, con mínimo rayado para garantizar la precisión del dispositivo.
3. Recubrimiento de alto aislamiento y conductividad térmica : El material de relleno para el recubrimiento aislante y conductor térmico del sustrato de disipación de calor del chip y la carcasa del dispositivo de potencia es óxido de aluminio en plaquetas, que tiene en cuenta tanto el aislamiento y la disipación de calor como la resistencia a la intemperie.
Tendencias de la industria
La demanda de materiales con alta conductividad térmica, baja susceptibilidad al daño y alto aislamiento está en auge en los dispositivos de potencia SiC/GaN de tercera generación, los semiconductores para automoción y el encapsulado avanzado (circuitos integrados 2.5D/3D). El óxido de aluminio en plaquetas, como polvo alternativo de producción nacional, está sustituyendo gradualmente a los abrasivos de pulido de alta gama y a los rellenos térmicamente conductores importados, y se ha convertido en un material clave para la disipación de calor y la planarización de obleas en la industria de los semiconductores.
PD: Haixu Abrasives produce óxido de aluminio en plaquetas con parámetros comparables a los de FUJIMI en Japón.
Composición química
| Al2O3 | >99,0% |
| SiO 2 | <0,2% |
| Fe2O3 | <0,1% |
| Na2O | <1% |
Propiedades físicas
| Dureza de Mohs | 9.0 |
| Peso específico | >3,9 g/ cm³ |
| Apariencia | forma de plato |
PSD (Distribución del tamaño de partícula)
| Tamaño | D0(um) | D3(um) | D50(uno) | D94(um) |
| #400/A40 | <77,6 | 39,0-44,6 | 27,7-31,7 | 18,0-20,0 |
| #500/A35 | <64,2 | 35,4-39,8 | 23.8-27.2 | 15,0-17,0 |
| #600/A30 | <50,4 | 28.1-32.3 | 19.2-22.3 | 13,4-15,6 |
| #700/A25 | <40.1 | 24.4-28.2 | 16.1-18.7 | 9.6-11.2 |
| #800/A20 | <32.0 | 20,9-24,1 | 13.1-15.3 | 8.2-9.8 |
| #1200/A15 | <25,2 | 14.8-17.2 | 9.4-11.0 | 5.8-6.8 |
| #1500/A12 | <20,3 | 11.8-13.8 | 7.6-8.8 | 4.5-5.3 |
| #2000/A9 | <16,3 | 8,9-10,5 | 5.9-6.9 | 3.3-3.9 |
| #3000/A5 | <12,5 | 6.6-7.8 | 4.3-5.1 | 2,55-3,05 |
| #4000/A3 | <10.0 | 4.8-5.6 | 2.8-3.4 | 1.5-2.1 |
