Semiconductor Rectificado de Carburo de Silicio con Aluminio (AlSiC) como Disipador de Calor

🕜 Eficiencia - 1.5 veces mayor | 📈 Calidad Superficial - 1.6 veces mejor | ⚙️ Vida Útil de la Herramienta - 2 veces más larga
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Rectificado de Carburo de Silicio con Aluminio (AlSiC) como Disipador de Calor: Propiedades del Material


El Carburo de Silicio con Aluminio (AlSiC) combina la excelente conductividad térmica del aluminio con la alta rigidez, resistencia al calor y bajo coeficiente de expansión térmica del carburo de silicio. Por lo tanto, posee tanto la conductividad térmica, ductilidad y conformabilidad de los materiales metálicos, como la alta dureza, rigidez y estabilidad térmica de los materiales cerámicos.

Las propiedades únicas del AlSiC lo hacen adecuado para aplicaciones de semiconductores de alta gama. Por ejemplo, una buena conductividad térmica ayuda a disipar rápidamente el calor generado durante el funcionamiento del chip; la alta rigidez permite que el material mantenga la estabilidad estructural incluso en entornos de alta temperatura o intensos ciclos térmicos; la densidad del material es solo un tercio de la del cobre (el material principal actualmente utilizado para disipadores de calor flip-chip), lo que lo hace ventajoso para diseños ligeros en módulos de empaque de alta gama.



 

Rectificado de Carburo de Silicio con Aluminio (AlSiC) como Disipador de Calor: Desafíos del Mecanizado

 

Material Heterogéneo

El AlSiC es un material compuesto compuesto por una matriz de aluminio blando y partículas de carburo de silicio duro. El aluminio es blando y fácil de cortar, mientras que el carburo de silicio es duro y frágil. Esta estructura heterogénea es propensa a agrietarse o presentar microgrietas durante el corte. También produce una resistencia de corte variable, lo que conduce al daño de la herramienta y a una superficie de la pieza rugosa.

 

Alta Dureza y Desgaste de la Herramienta

Debido a la alta dureza de las partículas de carburo de silicio en el AlSiC, las herramientas de corte se desgastan rápidamente, acortando la vida útil de la herramienta y aumentando los costos de procesamiento. Además, las virutas producidas durante el corte contienen partículas de SiC fracturadas, lo que dificulta la evacuación de virutas y el enfriamiento de la herramienta. Esto no solo acelera el desgaste de la herramienta, sino que también afecta la calidad superficial de la pieza.



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Solución de proceso ultrasónico HIT aplicada al rectificado de desbaste de tapa flip-chip de Carburo de Silicio con Aluminio
(Figura 1. Solución de proceso ultrasónico HIT aplicada al rectificado de desbaste de tapa flip-chip de Carburo de Silicio con Aluminio)


Solución de proceso ultrasónico HIT aplicada al rectificado de tapa flip-chip de AlSiC. Las diferencias en la calidad superficial son visibles incluso en la etapa de desbaste
(Figura 2. Solución de proceso ultrasónico HIT aplicada al rectificado de tapa flip-chip de AlSiC. Las diferencias en la calidad superficial son visibles incluso en la etapa de desbaste)


 

Rectificado de Carburo de Silicio con Aluminio (AlSiC) como Disipador de Calor: Solución de Proceso Ultrasónico


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Rectificado de Carburo de Silicio con Aluminio (AlSiC) como Disipador de Calor: Beneficios del Ultrasonido


Solución de proceso ultrasónico HIT aplicada al rectificado de desbaste de tapa flip-chip de AlSiC, mejorando la eficiencia del mecanizado, la calidad superficial y la vida útil de la herramienta
(Figura 3. Solución de proceso ultrasónico HIT aplicada al rectificado de desbaste de tapa flip-chip de AlSiC, mejorando la eficiencia del mecanizado, la calidad superficial y la vida útil de la herramienta)



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Rectificado de Carburo de Silicio con Aluminio (AlSiC) como Disipador de Calor: Aplicaciones Industriales


Rectificado de carburo de silicio con aluminio (AlSiC) se utiliza en procesos de empaque de semiconductores (por ejemplo, tecnología flip-chip, CoWoS), vehículos eléctricos y otros dispositivos electrónicos de alta densidad de potencia, desempeñando funciones como tapas flip-chip (disipadores de calor) y anillos de refuerzo para módulos de empaque.


El AlSiC combina la excelente conductividad térmica del aluminio con la alta rigidez, resistencia al calor y bajo coeficiente de expansión térmica del carburo de silicio. Por lo tanto, posee tanto la conductividad térmica, ductilidad y conformabilidad de los metales, como la alta dureza, rigidez y estabilidad térmica de los materiales cerámicos.

En la fabricación de semiconductores, las tecnologías avanzadas de empaque se han convertido en clave para mejorar el rendimiento y la confiabilidad del chip. Entre ellas, el empaque Flip-Chip implica soldar directamente el chip al sustrato, acortando la distancia entre la fuente de calor y la carcasa del paquete, haciendo que la gestión térmica sea más exigente. En dispositivos de alta potencia como CPUs, GPUs, FPGAs y módulos de comunicación de alta frecuencia, una mala disipación de calor puede afectar seriamente la vida útil y el rendimiento del componente. Usar AlSiC como disipador de calor o tapa para empaques flip-chip ayuda a difundir rápida y uniformemente el calor generado por el chip en toda la superficie del paquete y dirigirlo a sistemas de enfriamiento externos. Al mismo tiempo, ayuda a reducir el esfuerzo mecánico en la interfaz chip-empaque, mejorando la estabilidad estructural del paquete.

Además, aunque el uso del AlSiC en tecnologías de empaque avanzadas como CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) aún está emergiendo, se espera que su papel como material térmico de alta eficiencia se convierta en una tendencia futura de la industria debido al aumento de la densidad del empaque y el consumo de energía. Actualmente, los disipadores de calor más utilizados están hechos de cobre (tapa de Cu) o materiales cerámicos (por ejemplo, AlN, Al₂O₃), pero en comparación con el cobre, el AlSiC puede reducir el estrés del empaque y el riesgo de fallo causado por ciclos térmicos, al mismo tiempo que ofrece mejor rigidez mecánica y estabilidad, y admite diseños de módulos de empaque ligeros.


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