새로운 전자 패키징 기판에 다이아몬드 적용

현대의 마이크로일렉트로닉스 기술은 급속도로 발전하고 있으며, 전자 시스템과 장비는 대규모 집적화, 소형화, 고효율, 고신뢰성을 지향하는 방향으로 발전하고 있습니다. 전자 시스템의 통합이 증가하면 전력 밀도가 증가하고 전자 구성 요소에서 발생하는 열이 증가하고 시스템의 전반적인 작동이 증가합니다. 따라서 효과적인 패키징은 전자 시스템의 방열 문제를 해결해야 합니다.

우수한 소자 방열은 최적화된 방열 구조 설계, 패키징 재료 선택(열 인터페이스 재료 및 방열 기판) 및 패키징 제조 공정에 달려 있습니다. 그 중 기판 재료의 선택은 장치의 비용, 성능 및 신뢰성에 직접적인 영향을 미치는 핵심 링크입니다. 일반적으로 전자 패키징 재료의 적용은 두 가지 기본 성능 요구 사항을 고려해야 합니다. 첫 번째는 빠른 열 전달을 달성하고 칩이 이상적인 온도 조건에서 안정적으로 작동할 수 있도록 하는 높은 열 전도성입니다. 동시에 포장재는 신뢰할 수 있어야 합니다. 조정 가능한 열 팽창 계수로 칩 및 모든 수준의 패키징 재료와 일치를 유지하고 열 응력의 부작용을 줄입니다. 전자 패키징 재료의 개발 트랙은 이 두 가지 특성의 지속적인 개선과 최적화입니다.

 

물론 새로운 패키징 기판 재료는 높은 저항률, 낮은 유전 상수, 유전 손실, 실리콘 및 비화 갈륨과의 우수한 열 정합, 높은 표면 평탄도, 우수한 기계적 특성 및 산업 생산 용이성 및 기타 특성과 같은 다른 특성도 고려해야 합니다. , 그래서 새로운 패키징 기판 재료의 선택은 다양한 국가에서 연구 개발을 위한 핫스팟입니다. 현재 일반적으로 사용되는 패키징 기판에는 Al2O3 세라믹, SiC 세라믹, AlN 및 기타 재료가 포함됩니다.

 

일찍이 1929년에 독일 Siemens 회사는 Al2O3 세라믹을 성공적으로 개발했지만 Al2O3의 열팽창 계수와 유전 상수는 Si 단결정보다 높고 열전도율이 충분히 높지 않아 Al2O3 세라믹 기판은 높은 용도에 적합하지 않습니다. VLSI에서 사용되는 주파수, 큰 전력.

 

이에 따라 열전도율이 높은 세라믹 기판 재료인 SiC, AlN, SI3N4 및 Diamond가 점차 시장에 진입했습니다.

SiC 세라믹의 열전도율은 매우 높으며 SiC 결정화 순도가 높을수록 열전도율이 높아집니다. SiC의 가장 큰 단점은 유전 상수가 너무 높고 유전 강도가 낮아 고주파 응용 분야에 제한이 있고 저밀도 패키징에만 적합하다는 것입니다.

 

AlN 재료는 우수한 유전 특성과 안정적인 화학적 특성을 가지고 있으며 특히 열팽창 계수가 실리콘과 일치하여 개발 전망이 큰 반도체 패키징 기판 재료로 사용할 수 있습니다. 그러나 열전도율이 낮고 반도체 패키징이 방열에 대한 요구 사항이 점점 더 높아짐에 따라 AlN 재료도 특정 개발 병목 현상이 있습니다.

 

결국 다이아몬드가 눈에 띄었습니다. 다이아몬드는 매우 우수한 포괄적인 열물리적 특성을 가지고 있습니다. 실온에서의 열전도율은 {{0}}W/(m·K)이고 열팽창 계수는 0.8×10-6/K입니다. 반도체, 광학 등에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 우수한 특성이 많지만 다이아몬드 한 개를 포장재로 만들기가 쉽지 않고 비용이 많이 듭니다.

 

혼합 규칙에 따라 Ag, Cu, Al 및 기타 열전도율이 높은 금속 매트릭스에 다이아몬드 입자를 첨가하여 제조한 다이아몬드/금속 매트릭스 복합재는 낮은 열팽창 계수와 높은 열전도율을 모두 갖춘 새로운 유형의 전자 포장재가 될 것으로 기대됩니다. 전도도. 구리의 우수한 전기전도도와 높은 열전도율을 바탕으로 전자제품 패키징용 기판소재로 다이아몬드/구리 복합재료를 개발하였으며, 다이아몬드/구리 복합재료의 도금 및 납땜성이 양호하여 전자제품 규격을 만족함을 확인하였다. 패키징 기판 소재는 낮은 열팽창 계수와 높은 열전도율이 요구되며 Mo/Cu 합금에 비해 밀도가 낮고 무게가 가볍습니다.

 

따라서 다이아몬드를 보강상으로 하고 구리를 매트릭스 재료로 하는 다이아몬드/구리 복합 재료를 칩 패키징에 사용할 수 있어 전자 장비 시스템의 성능을 개선하고 장비의 무게를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

재료, 장치 등의 기술적 문제가 지속적으로 개선됨에 따라 다이아몬드는 열전도율이 높고 방열성이 우수한 기판 재료가 되었습니다. 고온 환경에서 광범위한 적용 가능성을 가지고 있습니다. 전력 밀도 장치를 위한 최고의 반도체 재료인 이 재료의 엄청난 잠재력은 점점 더 많은 연구자들이 그것에 전념하도록 끌어들입니다. 다이아몬드의 잠재력은 미래 반도체 산업의 요구를 충족시키기 위해 점진적으로 개발되고 반도체 전자 패키징 재료에서 자리를 차지할 것입니다.