เทคโนโลยีการเตรียมและการประยุกต์ซิลิกาฟูมสำหรับวงจรรวม

เนื่องจากเป็นวัสดุเชิงฟังก์ชันอนินทรีย์ที่ไม่ใช่-โลหะประสิทธิภาพสูง ซิลิกาฟูมจึงเตรียมจากควอตซ์ธรรมชาติหรือควอตซ์หลอมรวมเป็นส่วนใหญ่ โดยผ่านขั้นตอนการประมวลผลแบบละเอียดหลายขั้นตอน ซึ่งรวมถึงการบด การจำแนกประเภท การเจียร การแยกแม่เหล็ก การลอยอยู่ในน้ำ และการดองกรด สารประกอบการขึ้นรูปแบบอีพ็อกซี่ (EMC) ที่ทำจากซิลิกาฟูมทรงกลมมีความเข้มข้นของความเค้นต่ำและมีความแข็งแรงสูง ทำให้เหมาะสำหรับวงจรรวม (IC) มากกว่าซิลิกาฟูมเชิงมุม ในขณะเดียวกัน ซิลิกาฟูมทรงกลมสามารถลดการเสียดสีกับอุปกรณ์และแม่พิมพ์ในระหว่างการผลิตผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องได้

ในฐานะที่เป็นวัสดุตัวเติมหลักสำหรับบรรจุภัณฑ์วงจรรวม ซิลิกาฟูมจึงถูกนำไปใช้เป็นหลักในสองสาขาหลัก: สารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซีและลามิเนตเคลือบทองแดง- (CCL) ในสารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซี ซิลิกาฟูมคิดเป็น 70–90% ขององค์ประกอบทั้งหมด ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ต่ำและคุณสมบัติไดอิเล็กตริกที่ดีเยี่ยมช่วยลดความเครียดภายในในสารประกอบการขึ้นรูปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดความเสี่ยงของการแตกร้าวของเศษ และปรับปรุงการกระจายความร้อนและความแข็งแรงเชิงกล นอกจากนี้ยังปกป้องชิปจากการกัดเซาะจากความชื้นและฝุ่นภายนอก โดยปรับให้เข้ากับสถานการณ์บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์มากกว่า 97%

ในด้านการเคลือบทองแดง- ซิลิกาฟูมจะช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อน ความคงตัวของมิติ และความแม่นยำในการเจาะของซับสเตรต ซิลิกาฟูมทรงกลมสูง-ที่มีความลื่นไหลดีและอัตราการเติมสูง ส่วนใหญ่จะใช้ในการใช้งานระดับไฮเอนด์- เช่น แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงและซับสเตรต IC -ความถี่สูงและความเร็วสูง- ด้วยการผสมผงที่มีขนาดอนุภาคต่างกัน คุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลของลามิเนตเคลือบทองแดง-จึงได้รับการปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้นไปอีก ซึ่งสนับสนุนการพัฒนาวงจรรวมไปสู่การย่อขนาดและมีความหนาแน่นสูง

เทคโนโลยีการเตรียมซิลิกาฟูมทรงกลมสำหรับวงจรรวมส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท: วิธีทางกายภาพและวิธีทางเคมี วิธีการทางกายภาพ ได้แก่ การหลอมด้วยเปลวไฟและการบำบัดด้วยพลาสมา ในขณะที่วิธีทางเคมี ได้แก่ วิธีโซล-เจล วิธีไมโครอิมัลชัน วิธีตกตะกอนด้วยสารเคมี วิธีสเปรย์ และวิธีการเฟสไอ

วิธีการทางกายภาพ

การหลอมด้วยเปลวไฟเป็นเทคโนโลยีที่ใช้-ทรายควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงบด กรอง ทำให้บริสุทธิ์ แล้วป้อนเข้าไปในสนามที่มีอุณหภูมิสูง-ซึ่งเกิดจากการเผาไหม้ของก๊าซ-ออกซิเจน ผงจะละลายที่อุณหภูมิสูงและต่อมาถูกทำให้เย็นลงจนกลายเป็นฟูมซิลิกาทรงกลมที่มีความบริสุทธิ์สูง-

การบำบัดด้วยพลาสมาใช้พลังงานสูงของพลาสมาในการแปรรูปวัสดุ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีพลาสมา การหลอมด้วยเปลวไฟมีกระบวนการที่สมบูรณ์และเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ สามารถควบคุมได้ง่าย ประสิทธิภาพการผลิตสูง และมีความเป็นไปได้มากกว่าสำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่-

วิธีการทางเคมี

วิธีโซล-เจลเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีหลายชุด (ไฮโดรไลซิส การควบแน่น ฯลฯ) ของสารประกอบอินทรีย์หรืออนินทรีย์ของโลหะในสถานะของเหลวเพื่อสร้างระบบโซล หลังจากการเสื่อมสภาพ อนุภาคคอลลอยด์ในโซลจะค่อยๆ รวมตัวกันเป็นเจล ซึ่งจากนั้นจะถูกทำให้แห้ง บ่ม และแปรรูปเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

วิธีไมโครอิมัลชันใช้สารลดแรงตึงผิวเพื่อรวมตัวทำละลายที่ผสมไม่ได้สองตัวเข้าด้วยกันให้เป็นระบบไมโครกระจาย-ที่สม่ำเสมอ การกระจายตัวระดับจุลภาค-เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็ก โดยที่นิวเคลียสและการเติบโตของอนุภาคของแข็งถูกจำกัดอยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กแต่ละตัว และในที่สุดจะผลิตอนุภาคทรงกลมขนาดเล็กในที่สุด

โดยทั่วไปการตกตะกอนทางเคมีจะใช้ซิลิเกตเป็นแหล่งซิลิคอนและกรดอนินทรีย์หรืออินทรีย์เป็นตัวทำให้เป็นกรด โดยเติมสารลดแรงตึงผิวอย่างเหมาะสม ซิลิกาฟูมทรงกลมได้มาโดยการควบคุมสภาวะของปฏิกิริยาเพื่อสร้างตะกอน ตามด้วยการล้าง ทำให้แห้ง และการเผา

วิธีการพ่นเป็นเทคนิคทั่วไปในการเตรียมผง สำหรับซิลิกาฟูมทรงกลม สารตั้งต้นของซิลิกาจะถูกฉีดเข้าไปในอุปกรณ์สเปรย์และถูกทำให้เป็นละอองละเอียด แรงผลักดันจากแรงตึงผิว หยดมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นรูปร่างทรงกลม จากนั้นจึงทำให้แห้งเพื่อผลิตควันซิลิกาทรงกลม

วิธีเฟสไอจะใช้ก๊าซโดยตรงหรือเปลี่ยนวัสดุให้เป็นก๊าซด้วยวิธีการทางเทคนิคบางอย่าง ทำให้เกิดปฏิกิริยาทางกายภาพหรือเคมีในสถานะก๊าซ อนุภาคจะควบแน่นและเติบโตระหว่างการทำความเย็นจนเกิดเป็นอนุภาคนาโน

ซิลิกาฟูมทรงกลมที่เตรียมโดยวิธีทางเคมีมีความบริสุทธิ์สูงและขนาดอนุภาคที่ควบคุมได้สม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์จากวิธีการต่างๆ เช่น วิธีโซล-เจลและการตกตะกอนทางเคมีมีแนวโน้มที่จะจับตัวเป็นก้อน นอกจากนี้ วัตถุดิบที่ใช้ในกระบวนการทางเคมี-โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไป-มีราคาแพง ทำให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความท้าทายอื่นๆ ได้แก่ การกำจัดสิ่งเจือปนอินทรีย์ได้ยาก ขั้นตอนกระบวนการที่ซับซ้อน เงื่อนไขการเตรียมการที่เข้มงวด และความต้องการอุปกรณ์ที่สูง ดังนั้น การผลิตซิลิกาฟูมทรงกลมด้วยวิธีทางเคมีเชิงอุตสาหกรรมยังต้องใช้เวลาอีกนาน