Bolvormig silicapoeder voor elektronische verpakkingstoepassingen

De voortdurende miniaturisering van halfgeleiderapparaten en de opkomst van Very Large-Scale Integration (VLSI) vereisen verpakkingsmaterialen die extreme thermische en mechanische spanningen aankunnen. Traditionele hoekige silicavulstoffen falen bij de hoge pakkingsdichtheden die vereist zijn voor geavanceerde chips. Ze veroorzaken onaanvaardbare viscositeitspieken in epoxyvormmassa's (EMC), ernstige schurende slijtage aan productiegereedschappen en verhoogde risico's op draadvegen of spaanscheuren. Om vulpercentages tot 90% te bereiken met behoud van de verwerkbaarheid, moeten ingenieurs overstappen naar gespecialiseerd materiaal bolvormig silicapoeder voor elektronische verpakkingen . Deze overgang lost reologische knelpunten op, waardoor een dichte vulstofbelasting mogelijk wordt zonder de vloei-eigenschappen van de niet-uitgeharde hars in gevaar te brengen. We zullen de technische evaluatiecriteria, productiemethoden, prestatieafwegingen en implementatierisico's voor de inkoop van deze materialen onderzoeken.

• Morfologie dicteert stroming: Silicapoeder met een hoge bolvorm is verplicht voor het bereiken van een maximale pakkingsdichtheid (tot 90%) in EMC's en underfill-harsen, terwijl de lage viscositeit behouden blijft en draadbeweging tijdens het inkapselen wordt voorkomen.

• Zuiverheid voorkomt falen: Zeer zuiver bolvormig silicapoeder (99,9%+) met strikt gecontroleerde ionische onzuiverheden en lage alfadeeltjesemissies is niet onderhandelbaar om zachte fouten in geheugenapparaten en corrosie in geïntegreerde schakelingen te voorkomen.

• PSD-optimalisatie is van cruciaal belang: het selecteren van de juiste deeltjesgrootteverdeling (PSD) – doorgaans menggroottes tussen 0,01 μm en 50 μm, met specifieke krappe sneden zoals 2,5 μm voor geavanceerde ondervullingen – is de belangrijkste hefboom voor het balanceren van de reductie van de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) en de vloeibaarheid van de hars.

• Productiemethode is van belang: De synthesemethode van een leverancier (bijvoorbeeld vlamfusie versus sol-gel) dicteert fundamenteel de basiszuiverheid, sfericiteitsconsistentie en geschiktheid voor specifieke eindgebruikssegmenten.

• Oppervlaktebehandeling vermindert het risico: Onbehandeld ultrafijn bolvormig silica is gevoelig voor agglomeratie; Het evalueren van de oppervlaktemodificatiemogelijkheden van een leverancier (bijvoorbeeld silaankoppelingsmiddelen) is van cruciaal belang om een ​​uniforme verspreiding te garanderen.

De rol van bolvormig silicapoeder in elektronische verpakkingen

Het definiëren van de succescriteria

Moderne halfgeleiderverpakkingen werken onder strikte fysieke beperkingen. Het inkapselingsmiddel moet minimale thermische uitzetting, hoge thermische geleidbaarheid, absolute vochtbestendigheid en hoge productieopbrengst bieden. Siliciummatrijzen hebben een zeer lage thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE), doorgaans rond de 2,6 tot 3,0 ppm/K. Ongevulde epoxyharsen vertonen een veel hogere CTE, vaak hoger dan 60 ppm/K. Koperen leadframes zitten rond de 17 ppm/K. Deze ernstige mismatch genereert enorme thermomechanische spanning tijdens temperatuurwisselingen. Als deze spanning niet onder controle wordt gehouden, leidt dit tot delaminatie op het verbindingsvlak van de matrijs, vermoeidheid van de soldeerverbindingen of catastrofale scheuren in de matrijs. De primaire functie van het vulmateriaal is het overbruggen van deze fysieke kloof. Door de hars te vullen met een vulstof met een lage CTE, drijven ingenieurs de composiet CTE naar beneden terwijl de elektrische isolatie-eigenschappen van de verpakking behouden blijven.

Epoxyvormmassa's (EMC) en underfill-harsen

Bij de formulering van EMC's en underfill-harsen silicapoeder voor elektronische verpakkingen fungeert als het primaire functionele vulmiddel. Deze harsen bevatten vaak 70 tot 90 gew.% silica. Het vulmiddel beschermt kwetsbare siliciummatrijzen tegen fysieke schokken, binnendringend vocht en chemische verontreinigingen. Bij overdrachtsgietprocessen moet de EMC een lage viscositeit handhaven (doorgaans minder dan 15 Pa·s bij 175°C) om in complexe vormholten te kunnen vloeien. Bij capillaire ondervullingen die worden gebruikt voor flip-chip-ontwerpen zijn de eisen zelfs nog strenger. Het vulmiddel moet door openingen van slechts 10 tot 50 micrometer stromen zonder te bezinken of holtes te veroorzaken. De bolvormige vorm zorgt ervoor dat de deeltjes langs elkaar en langs delicate soldeerhobbels kunnen rollen, waardoor een uniforme verdeling onder de matrijs wordt gegarandeerd en de structurele integriteit van de eindmontage wordt gemaximaliseerd.

Micro-elektronicasubstraten en met koper beklede laminaten (CCL)

Naast vloeibare inkapselingsmiddelen en vormmassa's wordt bolvormige silica steeds vaker gebruikt bij de vervaardiging van stijve en flexibele micro-elektronicasubstraten. In hoogfrequente Copper-Clad Laminates (CCL) die worden gebruikt voor 5G-communicatie, autoradar (bijvoorbeeld 77 GHz-systemen) en geavanceerde serverborden, is maatstabiliteit een strikte vereiste. Het opnemen van bolvormig silica in bismaleimide-triazine (BT) of PTFE-substraatmatrices vermindert de diëlektrische constante (Dk) en de dissipatiefactor (Df). Silica vertoont van nature een lage Dk van ongeveer 3,8 en een Df van ongeveer 0,001. Dit minimaliseert signaalverlies bij snelle gegevensoverdracht. Het gladde oppervlak van de bolvormige deeltjes voorkomt ook micro-slijtage van de delicate glasvezelweefsels die in deze laminaten worden gebruikt, waardoor de mechanische sterkte van de plaat tijdens pers- en boorwerkzaamheden behouden blijft.

De verschuiving van hoekig naar bolvormig

De overgang van hoekig gebroken silica naar bolvormig silica vertegenwoordigt een fundamentele verschuiving in de verpakkingstechniek. Hoekige silica wordt geproduceerd door kwartsblokken mechanisch te frezen. Het is goedkoop, maar beperkt de vullingsgraad ernstig. Hoekige deeltjes bezitten een hoog specifiek oppervlak (SSA). Een hoge SSA betekent dat er meer vloeibare hars op het oppervlak van de deeltjes wordt geïmmobiliseerd, waardoor er minder vrije hars beschikbaar blijft om de stroming te vergemakkelijken. De gekartelde randen grijpen in de hars, waardoor de viscositeit exponentieel toeneemt en slijtage van het schuurgereedschap in mallen en doseermonden ontstaat. Bolvormig silica maakt ultrahoge vulsnelheden mogelijk met minimale wrijving. De gladde, afgeronde oppervlakken verkleinen het totale oppervlak per volume-eenheid, waardoor er minder hars nodig is om de deeltjes te bevochtigen. Hierdoor kunnen ingenieurs meer silica in hetzelfde volume verpakken, waardoor de CTE wordt verlaagd en de thermische geleidbaarheid wordt verbeterd zonder dat de niet-uitgeharde hars in een onwerkbare vaste stof verandert.

Vergelijking van hoekige versus bolvormige silicavulstoffen

Technische evaluatieafmetingen voor sferische silica van elektronische kwaliteit

Evaluatie van productiemethoden (vlamfusie versus chemische synthese)

De synthesemethode bepaalt rechtstreeks de fysische en chemische basislijn van het vulmiddel. Traditionele vlamfusie omvat het toevoeren van zeer zuiver hoekig kwartspoeder aan een plasma- of zuurstof-waterstofvlam op hoge temperatuur (vaak hoger dan 2000°C). De onregelmatige deeltjes smelten onmiddellijk en de oppervlaktespanning trekt ze in perfecte bollen voordat ze de verbrandingszone verlaten en snel afkoelen. Deze methode is zeer schaalbaar en produceert het grootste deel van bolvormig silica van elektronische kwaliteit dat wordt gebruikt in standaard logische IC's, discrete componenten en standaard CCL's.

Geavanceerde chemische synthese, zoals het sol-gel-proces of Vapor-phase Moisture transport (VMC), bouwt de silicadeeltjes op vanaf moleculair niveau. Sol-gel omvat de hydrolyse en condensatie van siliciumalkoxiden (zoals tetraethylorthosilicaat, TEOS) in een alcoholoplossing met een ammoniakkatalysator. Omdat het niet afhankelijk is van gedolven kwarts, bereikt de chemische synthese een vrijwel perfecte zuiverheid en exacte bolvormigheid. VMC maakt gebruik van siliciummetaalpoeder dat reageert met zuurstof en waterdamp in een gecontroleerde hogetemperatuurreactor. Ingenieurs specificeren chemisch gesynthetiseerde silica voor geavanceerde geheugenapparaten, vermogenselektronica en geavanceerde logicachips waar sporen van onzuiverheden niet kunnen worden getolereerd.

Productiemethoden en specificaties voor silicapoeder

Beoordeling van hoge sfericiteit en morfologie

Sfericiteit wordt gekwantificeerd als een verhouding, waarbij een perfecte bol gelijk is aan 1,0. Dit wordt doorgaans gemeten met behulp van geautomatiseerde beeldanalysesoftware die is aangesloten op een Scanning Electron Microscope (SEM), waarbij de circulariteit van duizenden deeltjes wordt berekend. Voor elektronische verpakkingen is een aanvaardbare sfericiteitsverhouding doorgaans >0,95. Deeltjes met lagere verhoudingen vertonen oppervlakte-onregelmatigheden die het specifieke oppervlak vergroten. Een groter specifiek oppervlak absorbeert meer vloeibare epoxyhars, waardoor er minder hars beschikbaar is om de stroming te vergemakkelijken. silicapoeder met een hoge bolvorm correleert direct met een verminderde viscositeit in de niet-uitgeharde toestand. Door deze lage viscositeit kan het mengsel door complexe matrijsgeometrieën stromen, rond dichte draadverbindingen navigeren en microscopisch kleine holtes vullen zonder luchtzakken op te sluiten of onvolledige vullingen te veroorzaken.

Deeltjesgrootteverdeling (PSD) en pakdichtheid

Het bereiken van een vulpercentage van 90% is onmogelijk met een enkele deeltjesgrootte. Ingenieurs vertrouwen op een multimodale deeltjesgrootteverdeling (PSD) om interstitiële holtes te elimineren. Door grove, medium en fijne deeltjes te mengen – doorgaans variërend van 0,01 μm tot 50 μm – passen de kleinere deeltjes precies in de gaten die de grotere deeltjes achterlaten. Dit volgt gevestigde theoretische pakkingsmodellen, zoals de Andreasen- of Furnas-modellen, waardoor de vaste fractie van het composiet wordt gemaximaliseerd.

Voor geavanceerde verpakkingen zijn specifieke, strakke sneden vereist. Bij capillaire ondervullingen voor flip-chip-ontwerpen is de opening tussen de matrijs en het substraat extreem smal. Als de maximale deeltjesgrootte een derde van de spleethoogte overschrijdt, zullen de deeltjes vastlopen, wat scheiding van het vulmiddel en het uitlopen van de hars veroorzaakt. Ingenieurs specificeren vaak strikte verdelingen om een ​​soepele capillaire werking te garanderen.

1. Bepaal de minimale spleetgrootte in het pakketontwerp (bijv. 15 μm bump pitch).

2. Bepaal de absolute maximale topcut (D100) voor het silicapoeder, waarbij u ervoor zorgt dat deze niet groter is dan een derde van de spleetgrootte (bijvoorbeeld 5 μm).

3. Selecteer een primaire grove fractie om de structurele matrix vast te stellen (bijvoorbeeld D50 van 2,5 μm).

4. Meng secundaire en tertiaire fijne fracties (bijvoorbeeld 0,5 μm en 0,1 μm) om de interstitiële holtes tussen de grove deeltjes op te vullen.

5. Controleer de uiteindelijke gemengde PSD met behulp van laserdiffractieanalyse om er zeker van te zijn dat er geen te grote agglomeraten aanwezig zijn.

Vereisten voor sferisch silicapoeder met hoge zuiverheid

Sporenelementen in de silicamatrix kunnen de functionaliteit van halfgeleiders vernietigen. Zeer zuiver bolvormig silicapoeder vereist strikte controle op twee specifieke categorieën verontreinigingen: radioactieve isotopen en ionische onzuiverheden.

Alpha Emission Control is een kritische parameter voor geheugenapparaten. Natuurlijk kwarts bevat sporen van uranium (U) en thorium (Th). Terwijl deze elementen radioactief verval ondergaan, zenden ze alfadeeltjes (heliumkernen) uit met energieën tussen 4 en 9 MeV. Als een alfadeeltje een gevoelig knooppunt in een SRAM- of DRAM-chip met hoge dichtheid raakt, genereert het elektronen-gatparen in het silicium. Deze tijdelijke lading kan de toestand van een geheugenbit veranderen, waardoor een ‘zachte fout’ ontstaat. Verpakkingsmaterialen voor geheugenchips vereisen ultra-laag alfa (ULA) silica, waarbij U- en Th-niveaus strikt worden gecontroleerd onder 0,001 ppb, wat minder dan 0,001 tellingen per uur per vierkante centimeter (cph/cm²) genereert.

Ionische onzuiverheden vormen een ernstige bedreiging voor de fysieke bedrading van de chip. Vrije ionen zoals natrium (Na+), kalium (K+) en chloride (Cl-) worden mobiel in de aanwezigheid van sporen van vocht en elektrische velden. Na verloop van tijd migreren deze ionen naar de aluminium- of kopermetallisatielagen op de matrijs, waardoor anodische of kathodische corrosie ontstaat. Dit leidt tot verhoogde elektrische weerstand, kortsluiting en uiteindelijk defecten aan het apparaat. Aanvaardbare drempelwaarden voor ionische onzuiverheden worden doorgaans onder de 1 ppm gehouden om betrouwbaarheid op lange termijn te garanderen.

Prestatieresultaten in halfgeleidertoepassingen

Matching thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE).

Het primaire mechanische doel van bolvormig silica voor halfgeleiders is CTE-matching. Wanneer een chip wordt ingeschakeld, genereert deze warmte. De siliciummatrijs, het koperen leadframe en het epoxy-inkapselingsmiddel zetten allemaal met verschillende snelheden uit. Als de EMC te veel uitzet, trekt deze aan de draadverbindingen en vervormt het substraat. De CTE van een composietmateriaal volgt de regel van mengsels. Door de epoxy te beladen met maximaal 90% bolvormig silica (dat een CTE heeft van ongeveer 0,5 ppm/K), wordt de CTE van het composietmateriaal verlaagd van 60 ppm/K naar ongeveer 8-15 ppm/K. Dit komt nauw overeen met de siliciumchip en kopercomponenten. Deze nauwkeurige afstemming voorkomt kromtrekken, stopt delaminatie op de interfaces en elimineert thermische vermoeidheid tijdens de duizenden temperatuurcycli die een apparaat gedurende zijn levensduur ervaart.

Thermische geleidbaarheid en warmteafvoer

Naarmate de transistordichtheid toeneemt, wordt de warmteflux een beperkende factor in de prestaties van het apparaat. Ongevulde epoxy is een thermische isolator, met een thermische geleidbaarheid van ongeveer 0,2 W/m·K. Silica heeft een hogere inherente thermische geleidbaarheid (ongeveer 1,3 tot 1,5 W/m·K). Wanneer bolvormige silica dicht in de harsmatrix wordt gepakt, maken de deeltjes fysiek contact met elkaar, waardoor de percolatiedrempel wordt overschreden. Hierdoor ontstaan ​​continue thermische trajecten. Dit netwerk geleidt de warmte weg van de siliciumchip en draagt ​​deze over naar het externe koellichaam of de omgevingsomgeving. De dichte pakking verbetert de warmteafvoer, waardoor de prestatielimieten voor krachtige componenten zoals IGBT's, MOSFET's en geavanceerde microprocessors worden verlegd.

Productieopbrengst en betrouwbaarheid

Bij het transfergietproces wordt vloeibare EMC onder hoge druk (doorgaans 5 tot 10 MPa) in vormholtes geperst. Als de vulstofdeeltjes hoekig zijn, oefent de resulterende vloeistof met hoge viscositeit enorme sleepkrachten uit op de delicate gouden of koperen verbindingsdraden die de chip met het leadframe verbinden. Deze draden zijn vaak slechts 15 tot 25 micrometer dik. Deze weerstand veroorzaakt 'draadvegen', waardoor de draden worden gebogen totdat ze elkaar raken en kortsluiting veroorzaken. De soepele stroom van bolvormige deeltjes vermindert deze sleepkracht drastisch, waardoor de draden intact blijven en hoge productieopbrengsten behouden blijven. Bovendien krassen bolvormige deeltjes het geharde staal van de mallen niet. Deze vermindering van matrijsslijtage verlaagt de onderhoudskosten van de apparatuur, verlengt de levensduur van het gereedschap en verbetert de consistentie van batch tot batch op de productielijn.

Implementatierisico's en mitigatiestrategieën

Dispersie-uitdagingen en agglomeratie

Terwijl bolvormig silicapoeder biedt superieure vloei-eigenschappen, het hanteren van ultrafijne kwaliteiten brengt duidelijke uitdagingen met zich mee. Submicrondeeltjes bezitten een hoge oppervlakte-energie en worden sterk beïnvloed door Van der Waals-krachten. Wanneer ze worden gemengd met vloeibare epoxy, hebben deze fijne deeltjes de neiging samen te klonteren en agglomeraten te vormen. Deze agglomeraten fungeren als kunstmatige grote deeltjes, verstoren de zorgvuldig ontworpen PSD en zorgen ervoor dat het materiaal vastloopt in nauwe ondervulopeningen. In het uitgeharde pakket creëren agglomeraten plaatselijke spanningsconcentraties, ongelijkmatige uitharding en zwakke punten waar scheuren kunnen ontstaan. Het bereiken van een uniforme dispersie vereist mengapparatuur met hoge afschuiving, zoals planeetmengers of driewalsmolens, en zorgvuldige controle van het reologische profiel van de hars tijdens de compoundeerfase.

Oppervlaktemodificatie- en koppelmiddelen

Om agglomeratie te voorkomen en de mechanische sterkte van het composiet te verbeteren, moet het grensvlak tussen het anorganische silica en de organische epoxymatrix worden geoptimaliseerd. Onbehandeld silica heeft hydrofiele silanolgroepen (-OH) op het oppervlak, waardoor het incompatibel is met hydrofobe epoxyharsen. Het voorbehandelen van het silicapoeder met silaankoppelingsmiddelen lost dit probleem op. Het silaanmolecuul heeft twee functionele uiteinden: het ene ondergaat hydrolyse en condensatie om zich te binden met de silanolgroepen op het silica, en het andere reageert met het epoxypolymeer tijdens het uitharden. Deze chemische brug verbetert de hechting aan het grensvlak, voorkomt het binnendringen van vocht langs de deeltjesgrenzen en verbetert de uniforme verspreiding. Technische teams moeten beoordelen of ze voorbehandeld silica rechtstreeks bij de leverancier moeten kopen of de oppervlaktemodificatie intern moeten uitvoeren op basis van hun mengmogelijkheden en formuleringsgevoeligheid.

Gebruikelijke silaankoppelingsmiddelen voor oppervlaktebehandeling met silica

Toeleveringsketen en batch-tot-batch-consistentie

Inconsistente grondstoffen leiden direct tot mislukte productieruns. Variaties in PSD, sfericiteitsverhoudingen of zuiverheidsniveaus tussen batches van leveranciers zullen de viscositeit van de EMC veranderen, waardoor onvolledige matrijsvullingen of onverwachte draadbewegingen ontstaan. Om dit risico te beperken is een strikte kwalificatie van de toeleveringsketen vereist. Inkoopteams moeten voor elke batch uitgebreide Quality Assurance (QA)-documentatie eisen.

1. Voer laserdiffractieanalyse uit op binnenkomende batches om te verifiëren dat de multimodale PSD overeenkomt met de overeengekomen D10-, D50- en D90-specificaties.

2. Gebruik inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie (ICP-MS) om sporenmetalen en ionische onzuiverheden te kwantificeren tot op het niveau van delen per miljard (ppb).

3. Voer geautomatiseerde Scanning Electron Microscopy (SEM) beeldanalyse uit om de morfologie te bevestigen en ervoor te zorgen dat de sfericiteitsverhoudingen boven 0,95 blijven.

4. Voer proportionele gasstroomtellingen uit om te verifiëren dat de alfa-emissiewaarden onder de 0,001 cph/cm⊃2 blijven; drempel voor geheugentoepassingen.

Conclusie

1. Vraag proefmonsters van 5 kg aan van multimodale mengsels, afgestemd op uw specifieke afmetingen van de vormholte en spelingstoleranties.

2. Voer reologische profilering uit met behulp van een kegel- en plaatviscosimeter bij de beoogde vormtemperatuur (doorgaans 175 °C) om het vloeigedrag en de viscositeitslimieten te verifiëren.

3. Voer de JEDEC-standaard thermische cycli (conditie G, -40°C tot +125°C) uit op prototypepakketten om de CTE-matching te valideren en te controleren op delaminatie van de matrijs.

4. Audit de analytische testfaciliteiten van de leverancier om er zeker van te zijn dat ze over interne ICP-MS- en alfa-emissietelapparatuur beschikken voor betrouwbare batchcertificering.

Veelgestelde vragen

Vraag: Wat is het verschil tussen standaard silica en bolvormig silicapoeder voor elektronische verpakkingen?

A: Standaard silica wordt mechanisch vermalen, wat resulteert in gekartelde, hoekige deeltjes met een groot oppervlak. Deze onregelmatige vorm zorgt voor interne wrijving, waardoor de vulstofbelasting wordt beperkt tot ongeveer 70% voordat de hars te stroperig wordt om te verwerken. Bolvormige silica wordt vervaardigd via vlamfusie of chemische synthese om gladde, ronde deeltjes te creëren. Deze morfologie minimaliseert het oppervlak en de wrijving, waardoor ingenieurs pakkingsdichtheden tot 90% kunnen bereiken met behoud van de lage viscositeit die nodig is voor transfermolding en underfill-dosering.

Vraag: Waarom is bolvormig silicapoeder met hoge zuiverheid nodig voor geheugenchips?

A: Natuurlijk kwarts bevat sporen van radioactieve isotopen, met name uranium en thorium. Terwijl deze elementen vervallen, zenden ze alfadeeltjes uit. Als een alfadeeltje een gevoelig knooppunt raakt in een geheugenapparaat met hoge dichtheid, zoals SRAM of DRAM, genereert het een elektrische lading die een geheugenbit kan omdraaien, waardoor een zachte fout ontstaat. Hoogzuiver silica ondergaat geavanceerde chemische synthese of rigoureuze zuivering om deze radioactieve elementen terug te brengen tot ultra-lage alfaniveaus (ULA), doorgaans minder dan 0,001 delen per miljard.

Vraag: Wat is de ideale deeltjesgrootte voor bolvormig silica van elektronische kwaliteit?

A: Er bestaat niet één ideale deeltjesgrootte. Het bereiken van een maximale pakkingsdichtheid vereist een multimodale deeltjesgrootteverdeling (PSD). Ingenieurs mengen grove, middelmatige en fijne deeltjes – doorgaans variërend van 0,01 μm tot 50 μm – zodat kleinere deeltjes de holtes tussen de grotere deeltjes opvullen. De specifieke bovensnede is afhankelijk van de toepassing. Capillaire ondervullingen voor flip-chip-ontwerpen vereisen bijvoorbeeld strikte maximale deeltjesgroottes, vaak afgetopt op 2,5 μm of 5 μm, om te voorkomen dat het vulmiddel in nauwe openingen vastloopt.

Vraag: Hoe beïnvloedt silicapoeder met een hoge bolvorm de CTE van epoxyvormverbindingen?

A: Ongevulde epoxyharsen hebben een hoge thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE), terwijl siliciummatrijzen een zeer lage CTE hebben. Deze mismatch veroorzaakt ernstige thermomechanische spanning tijdens bedrijf. Omdat bolvormige silica gemakkelijk vloeit, kunnen ingenieurs een enorm volume ervan in de epoxymatrix laden. Silica heeft inherent een lage CTE. Door 85% tot 90% van het harsvolume te vervangen door bolvormige silica, daalt de totale CTE van het composietmateriaal aanzienlijk, waardoor deze nauw aansluit bij de siliciummatrijs en kromtrekken wordt voorkomen.

Vraag: Kan bolvormig silica voor halfgeleiders worden gebruikt in underfill-toepassingen?

EEN: Ja. Ultrafijn bolvormig silica is het primaire vulmiddel dat wordt gebruikt in capillaire ondervullingen voor flip-chip- en geavanceerde verpakkingen op waferniveau. De gladde, bolvormige vorm is verplicht voor deze toepassing omdat hierdoor het ondervulmateriaal via capillaire werking snel door microscopisch kleine openingen (vaak 10 tot 50 micrometer) onder de matrijs kan stromen. Hoekige vulmiddelen zouden tussen de soldeerhobbels vastlopen, waardoor het vulmiddel zou scheiden, holtes zouden vormen en onvolledige penetratie van de ondervulling zou veroorzaken.

Vraag: Welke invloed heeft de productiemethode op de kwaliteit van bolvormig silica?

A: De productiemethode bepaalt de basiszuiverheid, bolvormigheid en kosten van het materiaal. Vlamfusie smelt zeer zuiver gedolven kwarts en is de industriestandaard voor epoxyvormmassa's in grote volumes, met uitstekende bolvormigheid en goede zuiverheid. Chemische synthesemethoden, zoals het sol-gelproces, bouwen silicadeeltjes op uit moleculaire voorlopers. Deze aanpak levert een vrijwel perfecte sfericiteit en ultrahoge zuiverheid op, wat strikt vereist is voor geavanceerde logische knooppunten en geavanceerde geheugen-IC's waar zelfs deeltjes per miljard verontreinigingen storingen veroorzaken.