Halbleiter Grobschleifen von Aluminium-Siliciumcarbid als Kühlkörper

🕜 Effizienz - 1,5-mal höher 📈 Oberflächenqualität - 1,6-mal besser ⚙️ Werkzeuglebensdauer - 2-mal länger
  • Schwierigkeiten im Verarbeitungsprozess
  • Vorteile des Ultraschall-Bearbeitens
  • Industrielle Anwendung
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Materialeigenschaften von Aluminium-Siliciumcarbid (AlSiC)


Aluminium-Siliciumcarbid (AlSiC) kombiniert die exzellente Wärmeleitfähigkeit von Aluminium mit der hohen Steifigkeit, Hitzebeständigkeit und dem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Siliciumcarbid. Somit verfügt es sowohl über die Wärmeleitfähigkeit, Duktilität und Formbarkeit metallischer Werkstoffe als auch über die hohe Härte, Steifigkeit und thermische Stabilität keramischer Materialien.

Die einzigartigen Materialeigenschaften von AlSiC machen es ideal für High-End-Halbleiteranwendungen. Eine gute Wärmeleitfähigkeit sorgt für eine schnelle Wärmeabfuhr während des Chipbetriebs; hohe Steifigkeit gewährleistet strukturelle Stabilität auch bei hohen Temperaturen oder starken thermischen Zyklen; die Dichte beträgt nur ein Drittel von Kupfer (dem gängigen Material für Flip-Chip-Wärmeverteiler) – ein Vorteil für leichte Gehäusedesigns.


 

Herausforderungen bei der Bearbeitung von Aluminium-Siliciumcarbid (AlSiC)

 

Heterogenes Material

AlSiC ist ein Verbundwerkstoff aus einer weichen Aluminiummatrix und harten Siliciumcarbidpartikeln. Aluminium ist weich und leicht zu schneiden, während Siliciumcarbid hart und spröde ist. Diese heterogene Struktur neigt zu Rissen oder Mikrorissen beim Schneiden, erzeugt unterschiedliche Schnittwiderstände und kann zu Werkzeugschäden und einer rauen Werkstückoberfläche führen.

 

Hohe Härte und Werkzeugverschleiß

Aufgrund der hohen Härte der SiC-Partikel im AlSiC verschleißen Schneidwerkzeuge schnell, was die Werkzeuglebensdauer verkürzt und die Bearbeitungskosten erhöht. Außerdem enthalten die beim Schneiden entstehenden Späne gebrochene SiC-Partikel, die die Spanabfuhr und Werkzeugkühlung behindern. Dies beschleunigt nicht nur den Werkzeugverschleiß, sondern beeinträchtigt auch die Oberflächenqualität des Werkstücks.



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Ultraschall-Prozesslösung von HIT angewendet auf das Grobschleifen von Aluminium-Siliciumcarbid Flip-Chip-Deckeln
(Bild 1. Ultraschall-Prozesslösung von HIT angewendet auf das Grobschleifen von Aluminium-Siliciumcarbid Flip-Chip-Deckeln)


Ultraschall-Prozesslösung von HIT angewendet auf das Schleifen von AlSiC-Flip-Chip-Deckeln. Unterschiede in der Oberflächenqualität sind bereits in der Grobschleifphase sichtbar
(Bild 2. Ultraschall-Prozesslösung von HIT angewendet auf das Schleifen von AlSiC-Flip-Chip-Deckeln. Unterschiede in der Oberflächenqualität sind bereits in der Grobschleifphase sichtbar)


 

Ultraschall-Prozesslösung für das Grobschleifen von Aluminium-Siliciumcarbid als Kühlkörper


🔹Hochfrequente Mikrovibrationen des Ultraschalls helfen, die Schleifkraft zu reduzieren und die Spanabfuhr zu verbessern.

👍🏻 Mehr Spielraum für die Optimierung der Schnittparameter kann die Prozesszeit verringern.
👍🏻 Bessere Spanabfuhr führt zu geringerer Oberflächenrauheit und längerer Werkzeuglebensdauer.


🔹Das Ultraschall-Prozesslösungspaket umfasst:

✨ Schnittparameter
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Vorteile der Ultraschall-Prozesslösung für das Grobschleifen von Aluminium-Siliciumcarbid als Kühlkörper


Ultraschall-Prozesslösung von HIT beim Grobschleifen von AlSiC-Flip-Chip-Deckeln, mit Verbesserungen bei Bearbeitungseffizienz, Oberflächenqualität und Werkzeuglebensdauer
(Bild 3. Ultraschall-Prozesslösung von HIT beim Grobschleifen von AlSiC-Flip-Chip-Deckeln, mit Verbesserungen bei Bearbeitungseffizienz, Oberflächenqualität und Werkzeuglebensdauer)



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Grobschleifen von Aluminium-Siliciumcarbid als Kühlkörper: Industrielle Anwendung


Schleifen von Aluminium-Siliciumcarbid (AlSiC) wird in Halbleiterverpackungsprozessen (z. B. Flip-Chip-Technologie, CoWoS), Elektrofahrzeugen und anderen elektronischen Hochleistungsgeräten eingesetzt – unter anderem als Flip-Chip-Deckel (Wärmeverteiler, Kühlkörper) und als Verstärkungsringe für Verpackungsmodule.


AlSiC kombiniert die hervorragende Wärmeleitfähigkeit von Aluminium mit der hohen Steifigkeit, Hitzebeständigkeit und dem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Siliciumcarbid. Es vereint somit sowohl Wärmeleitfähigkeit, Duktilität und Formbarkeit von Metallen als auch hohe Härte, Steifigkeit und thermische Stabilität von Keramiken.

In der Halbleiterfertigung sind fortschrittliche Verpackungstechnologien zu einem Schlüssel für die Verbesserung der Chip-Leistung und -Zuverlässigkeit geworden. Beim Flip-Chip-Packaging wird der Chip direkt auf das Substrat gelötet, wodurch der Abstand zwischen Wärmequelle und Gehäuse verringert wird, was das Wärmemanagement anspruchsvoller macht. In Hochleistungsbauteilen wie CPUs, GPUs, FPGAs und Hochfrequenz-Kommunikationsmodulen kann eine schlechte Wärmeableitung die Lebensdauer und Leistung der Bauteile erheblich beeinträchtigen. Der Einsatz von AlSiC als Wärmeverteiler oder Deckel bei Flip-Chip-Verpackungen trägt dazu bei, die vom Chip erzeugte Wärme schnell und gleichmäßig über die Gehäuseoberfläche zu verteilen und an externe Kühlsysteme abzuführen. Gleichzeitig werden mechanische Spannungen an der Chip-Gehäuse-Schnittstelle reduziert, was die strukturelle Stabilität des Gehäuses erhöht.

Darüber hinaus wird die Verwendung von AlSiC in fortschrittlichen Verpackungstechnologien wie CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) zwar noch entwickelt, doch seine Rolle als hocheffizientes Wärmeleitmaterial dürfte sich aufgrund der zunehmenden Verpackungsdichte und des steigenden Energieverbrauchs zu einem zukünftigen Branchentrend entwickeln. Gegenwärtig bestehen gängige Wärmeverteiler aus Kupfer (Cu-Deckel) oder keramischen Werkstoffen (z. B. AlN, Al₂O₃). Im Vergleich zu Kupfer kann AlSiC jedoch Verpackungsspannungen und Ausfallrisiken durch thermische Zyklen verringern, bietet eine bessere mechanische Steifigkeit und Stabilität und unterstützt leichtere Verpackungsdesigns.


Das Ultraschall-Bearbeitungs Modul von HIT bringt innovative Prozesslösungen für neue Materialien! Für das Grobschleifen von AlSiC bietet die Ultraschall-Prozesslösung von HIT optimierte Schnittparameter, Werkzeugempfehlungen und Prozesskonfigurationen, um Kunden dabei zu helfen, Bearbeitungseffizienz, Werkstückqualität und Werkzeuglebensdauer bereits in der Prozessentwicklungsphase zu verbessern – und so die Gesamtproduktionskosten zu senken. Sie erfüllt nicht nur die Anforderungen der Kunden, sondern schafft auch zusätzliche Mehrwerte.



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