半導体産業 ヒートシンクプレート(放熱基板)としてのAlSiCの粗研削

🕜 加工効率 - 1.5倍向上 | 📈 表面品質 - 1.6倍改善 | ⚙️ 工具寿命 - 2倍延長
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ヒートシンクプレート(放熱基板)としてのAlSiCの粗研削：材料特性


AlSiCは、アルミニウムの優れた熱伝導性と、シリコンカーバイドの高剛性・高耐熱性・低熱膨張性を組み合わせた複合材料です。したがって、金属材料の延性・加工性・熱伝導性と、セラミック材料の高硬度・剛性・熱安定性の双方の特性を有しています。

このユニークな材料特性により、AlSiCはハイエンド半導体用途に最適です。
例えば、優れた熱伝導性により、チップ動作時の熱を迅速に拡散し、高剛性によって高温環境や熱サイクル下でも構造を安定維持できます。また、その比重は銅の約1/3であり、軽量化設計にも大きく貢献します。


 

ヒートシンクプレート(放熱基板)としてのAlSiCの粗研削：加工上の課題

 

異種材料構造

AlSiCは、軟らかいアルミニウム母材と硬くて脆いシリコンカーバイド粒子から構成される複合材料です。アルミニウムは切削しやすい一方、SiCは非常に硬く、切削時にクラックやマイクロクラックが発生しやすくなります。また、切削抵抗が不均一になり、工具損傷や加工面の粗さ増大を引き起こします。

 

高硬度と工具摩耗

AlSiC中のSiC粒子の高硬度により、切削工具の摩耗が早く、工具寿命が短縮し加工コストが増加します。さらに、切削中に生成される切りくずには破砕されたSiC粒子が含まれ、排出や冷却が困難になります。これが工具摩耗の加速や加工面粗さの悪化につながります。



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AlSiCフリップチップリッドの粗研削に適用されたHIT超音波加工ソリューション
(図1. AlSiCフリップチップリッドの粗研削に適用されたHIT超音波加工ソリューション)


AlSiCフリップチップリッドの研削において、HIT超音波加工ソリューションを適用。粗研削段階でも表面品質の違いが顕著に確認可能
(図2. AlSiCフリップチップリッドの研削において、HIT超音波加工ソリューションを適用。粗研削段階でも表面品質の違いが顕著に確認可能)


 

AlSiC（アルミニウムシリコンカーバイド）粗研削用：超音波加工ソリューション


🔹超音波による高周波微小振動が研削力を低減し、切りくず排出性を改善。

👍🏻 切削条件の調整幅が広がり、加工時間を短縮。
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🔹超音波加工ソリューションパッケージには以下を含む：

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AlSiC（アルミニウムシリコンカーバイド）粗研削用：超音波加工ソリューション


HIT超音波加工ソリューションをAlSiCフリップチップリッドの粗研削に適用し、加工効率・表面品質・工具寿命を改善
(図3. HIT超音波加工ソリューションをAlSiCフリップチップリッドの粗研削に適用し、加工効率・表面品質・工具寿命を改善)



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ヒートシンクプレート(放熱基板)としてのAlSiCの粗研削：産業応用


アルミニウムシリコンカーバイド（AlSiC）の研削は、半導体パッケージングプロセス（例：フリップチップ技術、CoWoS）、電気自動車、およびその他の高電力密度電子機器に使用され、フリップチップリッド（ヒートスプレッダー、放熱プレート）やパッケージモジュールの補強リングとして機能します。


AlSiCは、アルミニウムの優れた熱伝導性と、シリコンカーバイドの高剛性・高耐熱性・低熱膨張係数を併せ持つ複合材料です。つまり、金属の熱伝導性・延性・加工性と、セラミックスの高硬度・剛性・熱安定性の両方を備えています。

半導体製造においては、先端パッケージング技術がチップ性能および信頼性向上の鍵となっています。中でもフリップチップパッケージは、チップを基板へ直接はんだ付けすることで、熱源とパッケージ外殻との距離が短縮され、熱管理の重要性が増加します。CPU、GPU、FPGA、高周波通信モジュールなどの高出力デバイスでは、放熱不良がコンポーネントの寿命や性能に深刻な影響を及ぼします。AlSiCをフリップチップパッケージの**ヒートスプレッダー（リッド）**として使用することで、チップ発熱を迅速かつ均一にパッケージ全体に拡散させ、外部冷却システムへ効率的に熱を伝えることができます。同時に、チップとパッケージの界面にかかる機械的ストレスを低減し、パッケージ構造の安定性を向上させます。

また、CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）のような先端パッケージ技術におけるAlSiCの利用はまだ新しい動きですが、パッケージ密度と消費電力の増加に伴い、高効率な放熱材料として今後の業界トレンドになることが期待されています。現在主流のヒートスプレッダー材料には銅（Cuリッド）やセラミック系材料（例：AlN、Al₂O₃）がありますが、AlSiCは銅と比較して熱サイクルによるパッケージストレスや故障リスクを低減し、機械的剛性と安定性を高め、軽量設計も可能にします。


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