Bột silica micro là vật liệu vô cơ phi kim loại hiệu suất cao. Nó được chiết xuất chủ yếu từ thạch anh tự nhiên hoặc thạch anh nung chảy thông qua các quy trình chính xác như nghiền, xay, tách từ, tuyển nổi và rửa axit. Nó có kích thước hạt mịn, độ ổn định hóa học, tính chất điện môi tuyệt vời, diện tích bề mặt lớn và độ dẫn nhiệt cao. Nó đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp như điện tử, hóa chất, dược phẩm, gốm sứ và đúc chính xác. Gần đây, bột silica micro đã trở nên không thể thiếu trong các lĩnh vực tiên tiến như hàng không vũ trụ và đóng gói mạch tích hợp.
Phá vỡ định kiến
Bột micro silica là một chất phụ gia công nghiệp phổ biến, được sử dụng để làm đặc, gia cố hoặc chống mài mòn trong lớp phủ và chất độn.
Được sản xuất bằng cách nghiền và tinh chế thạch anh tự nhiên hoặc thạch anh nung chảy, kích thước hạt của nó rất nhỏ, thường được đo bằng micrômet (μm) hoặc thậm chí nanomet (nm).
Tuy nhiên, chính vật liệu này đã trải qua một sự chuyển đổi đáng kể từ vai trò hỗ trợ sang nền tảng trong ngành công nghiệp thông tin điện tử, đặc biệt là trong lĩnh vực đóng gói chip. Đóng gói chip là bước quan trọng giúp bảo vệ lõi chip mỏng manh và thiết lập kết nối điện với thế giới bên ngoài. Lõi của vật liệu đóng gói là một hợp chất được gọi là "Hợp chất đúc Epoxy" (EMC). Nó là vật liệu độn chính trong hợp chất này, chiếm khoảng 80% đến 90%. Về bản chất, vỏ chip màu đen mà chúng ta thấy chủ yếu được làm từ bột silica vi mô.
Ba chức năng cốt lõi
Chất làm mát: Xác định nhiệt độ của chip
Với GPU NVIDIA, từ H100 đến B200, công nghệ đóng gói CoWoS được áp dụng. Công nghệ này tích hợp nhiều chip dày đặc trong một gói duy nhất—hiệu năng hệ thống và hiệu suất năng lượng được cải thiện đáng kể. Khi công suất GPU tăng lên, việc tích hợp nhiều chip vào một bộ chuyển đổi silicon sẽ tạo ra nhu cầu làm mát cực kỳ cao. Nếu nhiệt không được tản ra kịp thời, hiệu suất sẽ giảm (giảm xung nhịp nhiệt) hoặc thậm chí là hỏng chip. Nhựa epoxy nguyên chất có độ dẫn nhiệt rất kém, tương tự như một tấm chăn ấm. Việc đổ đầy bột silica siêu nhỏ có độ tinh khiết cao vào nhựa sẽ tạo ra các đường dẫn nhiệt hiệu quả, nhanh chóng truyền nhiệt sinh ra từ lõi chip ra vỏ ngoài để tản nhiệt, đảm bảo chip hoạt động hiệu quả trong phạm vi nhiệt độ an toàn.
Chất ổn định: Chống lại sự giãn nở và co lại do nhiệt
Chip bao gồm nhiều loại vật liệu khác nhau (silicon, kim loại, nhựa), mỗi loại có Hệ số giãn nở nhiệt (CTE) khác nhau. Trong các chu kỳ công suất và biến động nhiệt độ, sự giãn nở và co lại khác nhau của các vật liệu này tạo ra ứng suất bên trong đáng kể, có khả năng phá vỡ các mạch kim loại bên trong chip, vốn mỏng hơn sợi tóc người hàng trăm lần. Việc sử dụng bột micro silica làm chất độn trong EMC mang lại những lợi thế riêng biệt. Độ tinh khiết cao và độ phóng xạ thấp của nó làm giảm hiệu quả hệ số giãn nở tuyến tính và độ co ngót của hợp chất trong quá trình đóng rắn, đồng thời tăng cường độ bền cơ học và các đặc tính cách điện. Việc kết hợp bột micro silica làm giảm đáng kể CTE tổng thể của EMC, khiến nó tương thích hơn với khuôn silicon, khung chì, v.v. Nó hoạt động như một "bộ đệm", hấp thụ và phân tán ứng suất hiệu quả, do đó đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc và độ tin cậy lâu dài của chip trong điều kiện khắc nghiệt.
Gia cố khung xương: Tăng cường độ bền cơ học của bao bì
Nhựa epoxy không độn tương đối mềm và dễ bị biến dạng. Nó đóng vai trò là chất độn chức năng chính trong EMC, chiếm hơn 90% trong tổng số tất cả các chất độn. Việc sử dụng nó làm tăng đáng kể độ cứng, độ bền và mô đun đàn hồi của thân bao bì, cho phép nó chịu được va đập, rung động và áp lực vật lý bên ngoài - giống như một bộ "áo giáp" chắc chắn bảo vệ chip bên trong.
Không phải tất cả bột Silica micro đều giống nhau
Tuy nhiên, không phải tất cả bột silica micro đều đủ tiêu chuẩn làm linh kiện chip. Bột silica micro cấp công nghiệp thông thường chứa nhiều tạp chất kim loại có thể làm giảm đáng kể hiệu suất điện của chip. Bột silica micro được sử dụng để đóng gói chip phải đáp ứng các tiêu chuẩn cực kỳ cao:
Độ tinh khiết cực cao: Hàm lượng tạp chất kim loại phải được kiểm soát ở mức ppm (phần triệu) hoặc thậm chí ppb (phần tỷ).
Phân bố kích thước hạt chính xác: Cần có bột silica dạng cầu có kích thước hạt phân bố đồng đều để đạt được mật độ đóng gói cao nhất và khả năng chảy tối ưu.
Độ cầu hoàn hảo: So với bột góc, bột micro silica hình cầu có ứng suất thấp hơn, độ chảy tốt hơn và mật độ đóng gói cao hơn. Điều này khiến nó trở thành lựa chọn cần thiết cho bao bì chip cao cấp.
Bản tóm tắt
Khi chip tiến tới các tiến trình 5nm, 3nm và thậm chí cả các node nhỏ hơn, mức tiêu thụ điện năng và mật độ nhiệt tăng lên đáng kể, đặt ra những yêu cầu gần như khắt khe đối với khả năng quản lý nhiệt của vật liệu đóng gói. Các công ty như NVIDIA và Intel đã và đang đầu tư vào nghiên cứu và phát triển (R&D) cho các vật liệu làm mát chip thế hệ tiếp theo. Đồng thời, sự phát triển của các công nghệ đóng gói tiên tiến như đóng gói 2.5D/3D và Chiplet đòi hỏi vật liệu đóng gói có hằng số điện môi thấp hơn, giảm tổn thất và độ tin cậy cao hơn.
Điều này thúc đẩy sự tiến bộ liên tục trong công nghệ bột silica vi mô. Bột silica vi mô hình cầu tổng hợp có độ tinh khiết cao, các kỹ thuật biến đổi bề mặt chức năng hóa và chất độn tổn thất thấp được thiết kế riêng cho các dải tần số cụ thể sẽ trở thành trọng tâm của hoạt động R&D cho thế hệ "mạch máu chip" tiếp theo. Nó không còn chỉ là chất độn thụ động mà là vật liệu chức năng quan trọng, tham gia tích cực và quyết định hiệu suất tối đa của chip.
Bột Epic
Bí quyết để tạo ra những quả cầu bột silica nhỏ bé hoàn hảo không phải là nghiền nát chúng. Mà là làm tan chảy chúng. Một cỗ máy đặc biệt gọi là lò cầu hóa sử dụng ngọn lửa siêu nóng để làm tan chảy các hạt bụi, lởm chởm. Khi chúng tan chảy, sức căng bề mặt tự nhiên sẽ kéo từng hạt thành một viên bi tròn hoàn hảo, giống như một giọt nước.
Sau khi các quả cầu được tạo thành, bước quan trọng tiếp theo là phân loại chúng theo kích thước. Việc này được thực hiện bằng máy phân loại khí. Hãy tưởng tượng nó như một máy sàng siêu chính xác, đảm bảo tất cả các viên bi nhỏ đều có kích thước gần như bằng nhau. Điều này rất quan trọng vì những viên bi có kích thước đồng đều sẽ được đóng gói chặt chẽ với nhau. Nó giúp vật liệu đóng gói chip cuối cùng dẫn nhiệt tốt hơn và bền hơn. Epic Powder's máy phân loại không khí thực hiện quá trình tinh chỉnh, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đủ tinh khiết để tạo ra chip.
