Silika mikro tozu, yüksek performanslı inorganik metalik olmayan bir malzemedir. Esas olarak doğal veya erimiş kuvarstan kırma, öğütme, manyetik ayırma, flotasyon ve asit yıkama gibi hassas işlemlerle elde edilir. İnce parçacık boyutuna, kimyasal kararlılığa, mükemmel dielektrik özelliklere, geniş yüzey alanına ve yüksek ısı iletkenliğine sahiptir. Elektronik, kimya, ilaç, seramik ve hassas döküm gibi endüstrilerde kritik bir rol oynar. Son zamanlarda, silika mikro tozu havacılık ve entegre devre paketleme gibi ileri alanlarda vazgeçilmez hale gelmiştir.
Stereotipleri Kırmak
Silika mikro tozu, kaplamalarda ve dolgularda kalınlaştırma, güçlendirme veya aşınma direnci sağlamak için kullanılan yaygın bir endüstriyel katkı maddesidir.
Doğal veya erimiş kuvarsın öğütülmesi ve saflaştırılmasıyla üretilen bu kuvarsın parçacık boyutu çok küçüktür ve genellikle mikrometre (μm) veya nanometre (nm) cinsinden ölçülür.
Ancak, özellikle çip paketleme alanında, elektronik bilgi endüstrisinde destekleyici bir rolden temel bir taşa dönüşen malzeme tam da budur. Çip paketleme, hassas çip çekirdeğini koruyan ve dış dünyayla elektriksel bağlantılar kuran kritik bir adımdır. Paketleme malzemesinin çekirdeği, "Epoksi Kalıplama Bileşiği" (EMC) olarak bilinen bir kompozittir. Bu kompozitteki temel dolgu malzemesini oluşturur ve içeriğinin önemli bir kısmını (80% ila 90%) oluşturur. Gördüğümüz siyah çip kasası esas olarak silika mikro tozundan yapılmıştır.
Üç Temel İşlev
Soğutma Maddesi: Çipin Sıcaklığının Belirlenmesi
NVIDIA'nın H100'den B200'e kadar olan GPU'ları, CoWoS paketleme teknolojisini benimsiyor. Bu teknoloji, birden fazla yongayı tek bir pakette yoğun bir şekilde entegre ederek sistem performansını ve enerji verimliliğini önemli ölçüde artırıyor. GPU gücü arttıkça, çok sayıda yonganın bir silikon ara parçaya entegre edilmesi son derece yüksek soğutma talepleri doğuruyor. Isı hızla dağıtılamazsa, performans düşüşüne (ısıl tıkanma) veya hatta yonga arızasına yol açıyor. Saf epoksi reçinesi, sıcak bir battaniyeye benzer şekilde çok düşük bir ısı iletkenliğine sahip. Yüksek saflıkta silika mikro tozuyla doldurulması, ısı iletimi için verimli yollar oluşturarak, yonga çekirdeği tarafından üretilen ısıyı hızla dış kabuğa aktararak dağıtılmasını sağlıyor ve yonganın güvenli bir sıcaklık aralığında verimli bir şekilde çalışmasını sağlıyor.
Stabilizatör: Isıl Genleşme ve Büzülme Stresine Karşı Koyma
Çipler, her biri farklı bir Termal Genleşme Katsayısı (CTE) değerine sahip çeşitli malzemelerden (silikon, metal, plastik) oluşur. Güç çevrimleri ve sıcaklık dalgalanmaları sırasında, bu malzemelerin farklı genleşme ve büzülmeleri, insan saçından yüzlerce kat daha ince olan çipin iç metalik devrelerini kırabilecek önemli bir iç gerilim oluşturur. EMC'de dolgu maddesi olarak silika mikro tozunun kullanılması belirgin avantajlar sunar. Yüksek saflığı ve düşük radyoaktivitesi, bileşiğin kürlenme sırasında doğrusal genleşme katsayısını ve büzülmesini etkili bir şekilde azaltırken aynı zamanda mekanik mukavemet ve yalıtım özelliklerini artırır. Silika mikro tozunun eklenmesi, EMC'nin genel CTE değerini önemli ölçüde düşürerek silikon kalıp, kurşun çerçeve vb. ile daha uyumlu hale getirir. Bir "tampon" gibi davranarak gerilimi etkili bir şekilde emer ve dağıtır, böylece zorlu koşullar altında çipin yapısal bütünlüğünü ve uzun vadeli güvenilirliğini sağlar.
Güçlendirilmiş İskelet: Ambalajın Mekanik Dayanıklılığını Artırmak
Dolgusuz epoksi reçine nispeten yumuşaktır ve deformasyona eğilimlidir. EMC'de birincil işlevsel dolgu maddesi olarak görev yapar ve tüm dolgu maddelerinin %'sinden fazlasını oluşturur. Uygulaması, ambalaj gövdesinin sertliğini, mukavemetini ve modülünü önemli ölçüde artırarak, iç çipi koruyan sağlam bir "zırh" gibi, dış fiziksel darbelere, titreşime ve basınca dayanmasını sağlar.
Tüm Silika mikro tozları aynı değildir
Ancak, tüm silika mikro tozları çipin can damarı olarak nitelendirilemez. Sıradan endüstriyel sınıf silika mikro tozları, çipin elektriksel performansını ciddi şekilde etkileyebilecek önemli metal safsızlıkları içerir. Çip paketlemesinde kullanılırken son derece yüksek standartları karşılaması gerekir:
Ultra Yüksek Saflık: Metal safsızlık içeriği ppm (milyonda parça) veya hatta ppb (milyarda parça) seviyelerinde kontrol edilmelidir.
Hassas Parçacık Boyutu Dağılımı: En yüksek paketleme yoğunluğunu ve optimum akışkanlığı elde etmek için, homojen parçacık boyutu dağılımına sahip küresel silika mikro tozu gereklidir.
Mükemmel Küresellik: Açısal toza kıyasla, küresel silika mikro tozu daha düşük gerilim, daha iyi akışkanlık ve daha yüksek paketleme yoğunluğu sergiler. Bu da onu üst düzey yonga paketleme için gerekli bir tercih haline getirir.
Özet
Yongalar 5nm, 3nm ve hatta daha küçük düğümlere doğru ilerledikçe, güç tüketimi ve ısı yoğunluğu önemli ölçüde artmakta ve bu da paketleme malzemelerinin termal yönetim yetenekleri üzerinde neredeyse katı talepler oluşturmaktadır. NVIDIA ve Intel gibi şirketler, yeni nesil yonga soğutma malzemeleri için Ar-Ge'ye yatırım yapmaya başlamıştır. Aynı zamanda, 2.5D/3D paketleme ve Chiplet gibi gelişmiş paketleme teknolojilerinin yükselişi, daha düşük dielektrik sabitlerine, daha az kayba ve daha yüksek güvenilirliğe sahip paketleme malzemeleri gerektirmektedir.
Bu, silika mikro toz teknolojisinde sürekli ilerlemeyi teşvik ediyor. Daha yüksek saflıkta sentetik küresel silika mikro tozu, fonksiyonelleştirilmiş yüzey modifikasyon teknikleri ve belirli frekans bantlarına göre tasarlanmış düşük kayıplı dolgu maddeleri, yeni nesil "çip can damarı" için Ar-Ge'nin odak noktaları haline gelecek. Artık sadece pasif bir dolgu maddesi değil, çiplerin performans tavanına aktif olarak katılan ve onu belirleyen önemli bir fonksiyonel malzeme.
Epik Toz
Silika tozundan o mükemmel küçük küreleri yapmanın sırrı onları öğütmek değil, eritmektir. Küreselleştirme fırını adı verilen özel bir makine, tozlu ve pürüzlü parçacıkları eritmek için süper sıcak bir alev kullanır. Eridiklerinde, doğal yüzey gerilimi her birini tıpkı bir su damlası gibi mükemmel yuvarlak bir top haline getirir.
Küreler yapıldıktan sonraki en önemli adım, onları boyutlarına göre ayırmaktır. Bu, bir hava sınıflandırıcısı ile yapılır. Bunu, tüm küçük topların neredeyse aynı boyutta olmasını sağlayan süper hassas bir elek olarak düşünün. Bu kritik öneme sahiptir çünkü aynı boyuttaki toplar sıkıca birbirine yapışır. Bu, nihai talaş paketleme malzemesinin ısıyı daha iyi iletmesini ve genel olarak daha güçlü olmasını sağlar. Epic Powder'ın hava sınıflandırıcı ince ayarları yapar ve son ürünün bir çip üretebilecek kadar saf olduğundan emin olur.
