실리카 미분말은 고성능 무기 비금속 재료입니다. 주로 천연 또는 용융 석영에서 분쇄, 분쇄, 자력선별, 부유선광, 산세척과 같은 정밀한 공정을 거쳐 얻어집니다. 미세 입자 크기, 화학적 안정성, 우수한 유전 특성, 넓은 표면적, 높은 열전도도를 가지고 있습니다. 전자, 화학, 제약, 세라믹, 정밀 주조 등의 산업에서 중요한 역할을 합니다. 최근 실리카 미분말은 항공우주 및 집적회로 패키징과 같은 첨단 분야에서 필수적인 소재로 자리 잡았습니다.
고정관념 깨기
실리카 미분말은 코팅과 필러의 증점, 강화 또는 내마모성을 높이는 데 사용되는 일반적인 산업용 첨가제입니다.
천연 또는 용융 석영을 분쇄하고 정제하여 생산되며, 입자 크기는 매우 작아 일반적으로 마이크로미터(μm) 또는 나노미터(nm) 단위로 측정됩니다.
그러나 바로 이 소재가 전자 정보 산업, 특히 칩 패키징 분야에서 보조적인 역할에서 주춧돌로 놀라운 변화를 겪었습니다. 칩 패키징은 취약한 칩 코어를 보호하고 외부와의 전기적 연결을 구축하는 중요한 단계입니다. 패키징 소재의 핵심은 "에폭시 몰딩 컴파운드"(EMC)라고 하는 복합재입니다. 이 복합재는 이 복합재의 주요 필러 소재로, 전체 함량의 상당 부분을 차지합니다. 우리가 보는 검은색 칩 케이스는 기본적으로 실리카 미분말로 이루어져 있습니다.
3가지 핵심 기능
냉각제: 칩 온도 결정
NVIDIA의 H100부터 B200까지 GPU는 CoWoS 패키징 기술을 채택했습니다. 이 기술은 여러 칩을 단일 패키지에 고밀도로 집적하여 시스템 성능과 에너지 효율을 크게 향상시킵니다. GPU 성능이 향상됨에 따라 여러 칩을 실리콘 인터포저에 집적하면 냉각 요구량이 매우 높아집니다. 열을 신속하게 방출하지 못하면 성능 저하(열 조절) 또는 칩 고장으로 이어질 수 있습니다. 순수 에폭시 수지는 따뜻한 담요처럼 열전도율이 매우 낮습니다. 고순도 실리카 미세 분말을 충전하면 효율적인 열 전도 경로가 형성되어 칩 코어에서 발생하는 열을 외부 쉘로 빠르게 전달하여 방출하고, 안전한 온도 범위 내에서 칩이 효율적으로 작동하도록 보장합니다.
안정제: 열 팽창 및 수축 응력 대응
칩은 실리콘, 금속, 플라스틱 등 다양한 재료로 구성되며, 각각 열팽창계수(CTE)가 다릅니다. 전원 사이클 및 온도 변동 시 이러한 재료의 팽창 및 수축 차이로 인해 상당한 내부 응력이 발생하여 머리카락보다 수백 배 얇은 칩 내부 금속 회로를 파손시킬 수 있습니다. EMC에서 실리카 미분말을 필러로 사용하면 뚜렷한 이점을 얻을 수 있습니다. 고순도와 낮은 방사능은 경화 중 화합물의 선팽창계수와 수축을 효과적으로 줄이는 동시에 기계적 강도와 절연 특성을 향상시킵니다. 실리카 미분말을 사용하면 EMC의 전체 CTE가 크게 낮아져 실리콘 다이, 리드 프레임 등과의 호환성이 향상됩니다. 실리카 미분말은 "완충재"처럼 작용하여 응력을 효과적으로 흡수하고 분산시켜 열악한 조건에서도 칩의 구조적 무결성과 장기적인 신뢰성을 보장합니다.
골격 강화: 포장의 기계적 강도 향상
비충전 에폭시 수지는 비교적 부드럽고 변형되기 쉽습니다. EMC의 주요 기능성 필러 역할을 하며, 전체 필러 중 90% 이상을 차지합니다. 이 수지를 사용하면 포장재의 경도, 강도, 탄성률이 크게 향상되어 외부 물리적 충격, 진동, 압력을 견딜 수 있습니다. 마치 내부 칩을 보호하는 튼튼한 "갑옷"과 같습니다.
모든 실리카 미분말이 동일하지는 않습니다
그러나 모든 실리카 미분말이 칩의 생명줄로 적합한 것은 아닙니다. 일반 산업용 실리카 미분말에는 칩의 전기적 성능을 심각하게 저하시킬 수 있는 상당한 금속 불순물이 포함되어 있습니다. 칩 패키징에 사용되는 실리카 미분말은 매우 높은 기준을 충족해야 합니다.
초고순도: 금속 불순물 함량은 ppm(백만분의 일) 또는 ppb(10억분의 일) 수준으로 제어되어야 합니다.
정확한 입자 크기 분포: 최고의 충전 밀도와 최적의 유동성을 달성하려면 균일한 입자 크기 분포를 가진 구형 실리카 미세 분말이 필요합니다.
완벽한 구형도: 구형 실리카 미분말은 각진 분말에 비해 응력이 낮고, 유동성이 우수하며, 충진 밀도가 높아 고급 칩 패키징에 필수적인 선택입니다.
요약
칩이 5nm, 3nm, 그리고 더 작은 노드로 발전함에 따라 전력 소비와 열 밀도가 급격히 증가하여 패키징 소재의 열 관리 성능에 대한 요구가 매우 높아지고 있습니다. NVIDIA와 Intel과 같은 기업들은 이미 차세대 칩 냉각 소재 연구 개발에 투자하고 있습니다. 동시에 2.5D/3D 패키징 및 Chiplet과 같은 첨단 패키징 기술의 발전으로 유전율이 낮고 손실이 적으며 신뢰성이 높은 패키징 소재가 요구되고 있습니다.
이는 실리카 미분말 기술의 지속적인 발전을 촉진합니다. 고순도 합성 구형 실리카 미분말, 기능화된 표면 개질 기술, 그리고 특정 주파수 대역에 맞춤화된 저손실 필러는 차세대 "칩 생명선"을 위한 R&D의 핵심이 될 것입니다. 이는 더 이상 단순한 수동적인 필러가 아니라, 칩의 성능 한계에 적극적으로 참여하고 결정하는 핵심 기능성 소재입니다.
에픽 파우더
실리카 가루로 만든 완벽한 작은 구체를 만드는 비결은 분쇄하는 것이 아닙니다. 녹이는 것입니다. 구형화로라는 특수 기계는 초고온의 불꽃을 사용하여 먼지가 많고 들쭉날쭉한 입자들을 녹입니다. 입자들이 녹으면 자연적인 표면 장력으로 인해 물방울처럼 완벽한 둥근 공이 만들어집니다.
구체를 만든 후, 가장 중요한 다음 단계는 크기별로 분류하는 것입니다. 이 작업은 공기 분류기를 사용하여 수행됩니다. 모든 작은 공의 크기가 거의 같도록 하는 초정밀 체라고 생각하면 됩니다. 균일한 크기의 공은 서로 단단히 뭉쳐지기 때문에 이 과정이 매우 중요합니다. 이를 통해 최종 칩 포장재의 열 전도율이 향상되고 전체적으로 강도가 높아집니다. 에픽 파우더 공기 분류기 최종 제품이 칩을 만드는 데 충분히 순수한지 확인하고 미세 조정을 합니다.
