반도체 산업에서 판상 알루미늄 산화물의 응용

반도체 산업에서 판상 알루미늄 산화물의 응용

판상 산화알루미늄은 평평하고 매끄러운 모서리를 가지며, 종횡비(10~150:1)를 조절할 수 있는 입자를 말합니다. 또한 높은 경도, 우수한 절연성, 높은 열전도율, 화학적 불활성, 낮은 내스크래치성 등의 특성을 지니고 있습니다. 웨이퍼 연삭 및 연마, 패키징 단열, 전력 소자 기판, 반도체 장비의 세라믹 부품, 유전체 슬러리 충진 등 5대 핵심 분야에 사용되며, 첨단 공정 및 3세대 반도체의 핵심 분말 소재입니다.

I. 웨이퍼 가공: 연삭 및 CMP(화학 기계적 연마)

1. 실리콘/탄화규소/사파이어 기판의 거친 연삭 및 뒷면의 박막화.

실리콘 웨이퍼 절단 후 거친 연삭 : 1~5μm 크기의 판상 산화알루미늄을 사용하여 절단 손상층을 신속하게 제거합니다. 평면 입자의 슬라이딩 절단은 실리콘 웨이퍼 가장자리의 미세 균열을 줄이고, 웨이퍼의 휨 및 파손율을 감소시켜 수율을 향상시킵니다.

3D IC 초박형 웨이퍼 박막화 : 판상 산화알루미늄을 사용하여 웨이퍼를 50~100μm 두께로 연마합니다. 구형/날카로운 모서리의 코런덤과 비교하여 표면 아래 손상층이 얇아 TSV 실리콘 스루홀 공정에 적합합니다. 고순도 저나트륨(Na<1ppm) 배합으로 구리 인터커넥트 오염을 방지합니다.

3세대 반도체 기판(SiC/GaN/사파이어) : 탄화규소와 사파이어는 경도가 매우 높고 평평한 형태 덕분에 표면 긁힘과 움푹 패임을 크게 줄여주므로 전력 소자 에피택시 전 미러 전처리 공정에 적합합니다.

2. CMP 연마 슬러리 코어 연마제

1. 금속 상호 연결 연마(구리/텅스텐 배리어층 Ta/TaN) : 구리 배선 CMP에 주로 사용되는 연마재는 H₂O₂ 산화제와 결합된 판상 산화알루미늄입니다. 평평한 입자가 고르게 연마되어 금속 제거율을 제어할 수 있으며, 오목한 부분과 부식 결함을 줄일 수 있습니다.

2. 얕은 트렌치 절연(STI) 연마 : 판상 산화알루미늄을 콜로이드성 SiO₂와 혼합하여 산화규소/질화규소 연마 선택성 비율을 제어합니다. 평평한 입자는 전체적인 평탄도를 보장하고 트렌치 측벽의 긁힘을 방지합니다.

3. 사파이어 윈도우/광학 웨이퍼 연마 : 판상 산화알루미늄 알칼리 연마 슬러리는 안정성이 매우 높고 재활용이 가능하며, 나노 스케일의 표면 조도 Ra<0.5nm를 유지하면서 높은 제거율을 달성하므로 대량 생산되는 포토리소그래피 윈도우 및 LED 사파이어 기판 연마에 적합합니다.

II. 반도체 패키징: 높은 열전도율을 갖는 절연 충전재 

판상 산화알루미늄의 2차원 구조는 핵심적인 장점입니다 . 판상 입자들 사이의 접촉으로 인해 수지 내부에 연속적인 열전도 경로를 쉽게 형성할 수 있습니다. 동일한 충전량에서, 구형 알루미나보다 열전도율이 훨씬 높으면서도 우수한 전기 절연성과 칩 기판에 적합한 낮은 열팽창률을 유지합니다.

1. 열전도성 소재(TIM)(열 패드/열 그리스/열 젤)

판상 산화알루미늄은 CPU, GPU, IGBT, SiC 전력 모듈 및 5G RF 칩의 열 방출에 사용됩니다.

판상형 산화알루미늄 충전제: 실리콘의 열전도율을 1.5~4 W/m・K까지 증가시킵니다.

복합 조성물(판상 산화알루미늄 + 구형 산화알루미늄): 작은 구형 입자들이 층상 구조 사이의 틈을 채워 열전도율을 25% 이상 향상시키면서 높은 열전도율과 슬러리 유동성의 균형을 유지합니다. 판상 산화알루미늄은 높은 절연성, 고온 및 저온 저항성, 내전압성을 제공하여 전력 장치의 고전압 절연 요구 사항을 충족합니다.

2. 에폭시 포팅 컴파운드, 몰딩 컴파운드 및 필러

전력 소자 및 자동차 칩 패키징용 에폭시 수지(판상 산화알루미늄 첨가):

1. 전체적인 열전도율을 향상시키고 칩에서 발생하는 줄열을 신속하게 방출합니다.

2. 복합재료의 열팽창계수(CTE)를 실리콘/탄화규소와 일치하도록 조정하여 열순환 중 박리 균열을 줄입니다.

3. 높은 절연성과 낮은 이온 불순물 함량으로 캡슐화 과정에서 누액 및 전기화학적 부식을 방지합니다.

4. 질화붕소와 ​​질화알루미늄을 일부 대체할 수 있어 고급 포장재 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

3. 바닥 충전재 접착제

플립칩 BGA 및 FCBGA는 판상 산화알루미늄으로 채워져 있습니다. 판상 산화알루미늄은 접착층의 열전도율을 향상시키는 동시에 접착 필름의 기계적 강도와 열충격 저항성을 강화합니다.

III. 후막/박막 회로, 유전체 페이스트가 채워진 판상 산화알루미늄

1. DBC/AMB 세라믹 기판 유전체 페이스트

IGBT 및 SiC 전력 모듈용 알루미나 세라믹 기판에 미크론 크기의 판상 산화알루미늄을 유전체 페이스트에 첨가한 제품:

세라믹 기판의 밀도와 굽힘 강도를 향상시키고, 판상 결정 구조를 통해 균열 편향 및 인성을 증진시켜 기판의 열 순환 파손을 억제합니다.

유전 상수와 절연 내전압을 조정하면 기판의 무선 주파수 안정성이 향상됩니다.

출력 후 더욱 매끄러운 표면을 얻으려면 페이스트의 평탄화 특성을 최적화하십시오.

2. 고온 후막 회로(RF, 센서 칩)

인쇄 저항기 및 절연 유전체 층 충전재: 판상 산화알루미늄은 필름 밀도, 열전도율 및 절연 신뢰성을 향상시키고 고주파 신호 손실을 줄입니다.

IV. 반도체 장비용 알루미나 세라믹 구조 부품(고밀도 판상 산화알루미늄 세라믹)

1. 플라즈마 에칭 장비의 상부 전극판 : 고주파 전극을 절연하고 불소/염소 플라즈마 충격을 견뎌냅니다. 플라즈마 부식에 대한 저항성이 높고, 절연성이 우수하며, 열 변형이 적고, 200~500℃에서 치수 안정성이 뛰어나며, 가공 정밀도는 ±0.01mm입니다.

2. 캐비티 유전체 창, 절연 절연 시트, 웨이퍼 캐리어 패드 : 플라즈마를 격리하고, 무선 주파수 에너지를 절연하며, 균일한 열 전달을 보장하고, 장비의 금속 부품을 고에너지 이온 부식으로부터 보호합니다.

V. 기타 반도체 하위 응용 분야

1. 칩 캐리어/방열 세라믹 강화상 : 판상 산화알루미늄 제2상을 알루미나 세라믹에 도입하여 강도와 강도를 향상시킴으로써 순수 알루미나의 높은 취성 및 모서리 파손 문제를 해결하고 전력 기판의 수명을 향상시킵니다.

2. 반도체 정밀 금형 및 지그 연삭 소모품: 프로브 카드, 패키징 금형 및 금속 리드 프레임의 거울처럼 매끄러운 연마를 위한 플랫렛 산화알루미늄으로, 기기 정밀도를 보장하기 위해 긁힘이 적습니다.

3. 높은 절연성 및 열전도성 코팅 : 칩 방열 기판 및 전력 소자 외피의 절연성 및 열전도성 코팅용 충전재는 판상 산화알루미늄으로, 절연성, 방열성 및 내후성을 모두 고려했습니다.

산업 동향

3세대 SiC/GaN 전력 소자, 자동차용 반도체, 첨단 패키징(2.5D/3D IC) 분야에서 높은 열전도율, 낮은 손상률, 우수한 절연성을 요구하는 소재에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 국내 생산 대체 분말인 판상 산화알루미늄은 수입 고급 연마재 및 열전도성 충전재를 점차 대체하며 반도체 방열 및 웨이퍼 평탄화 분야에서 핵심적인 신소재로 자리매김하고 있습니다.

추신: 하이슈 연마재는 일본 후지미(FUJIMI) 제품과 유사한 특성을 가진 판상 산화알루미늄을 생산합니다.

화학적 조성

물리적 특성

PSD(입자 크기 분포)