Was ist die Reform der Silikon-Elektronik-Halbleiterindustrie?

Semiconductor materials are at the heart of modern electronics, and as technology continues to advance, so do the performance requirements for semiconductor materials. Moore’s Law is facing the physical limit of the challenge today, the semiconductor industry is experiencing a full range of changes from material innovation to packaging technology. What is the reform of silicone electronics semiconductor industry?

Aufgrund ihrer einzigartigen physikalisch-chemischen Eigenschaften zeigen Silikonmaterialien im Halbleiterbereich allmählich breite Anwendungsmöglichkeiten, einschließlich ihrer Verwendung in Verpackungsmaterialien, Fotolackhilfsmitteln, organischen optoelektronischen Bauteilen usw., was das Design- und Fertigungsparadigma von Halbleiterbauteilen neu gestaltet. Von der Chipverpackung bis zur flexiblen Elektronik, von 5G-Basisstationen bis zu Quantencomputern erweitern Organosilizium-Polymermaterialien mit einer jährlichen Marktwachstumsrate von mehr als 12 % kontinuierlich die Grenzen der Halbleitertechnologie.

Die folgenden fünf Anwendungsbereiche von Silikon in der elektronischen Halbleiterindustrie:

• Welche Eigenschaften weisen Silikonmaterialien auf?
• Welche Vorteile bieten Silikone?
• Welche Anwendungen hat Silikon in Halbleitern?
• Welche Herausforderungen gibt es bei der Verwendung von Silikon in Halbleiteranwendungen?
• Wie kann Silikon besser funktionieren?

1. Welche Eigenschaften haben Silikonmaterialien?

(1) Vorteile der Molekularstruktur

Die Hauptkette von Silikon (Polysiloxan) besteht aus alternierenden Silizium-Sauerstoff-Bindungen mit einer Bindungsenergie von bis zu 452 kJ/mol, die thermisch stabiler ist als traditionelle Kohlenstoffkettenpolymere (C-C-Bindungsenergie von 348 kJ/mol). Der räumliche Stellenhinderniseffekt der Methylseitenkette bewirkt, dass ihre Glasübergangstemperatur (Tg) bei nur -120°C liegt.℃, und sein Elastizitätsmodul ist im Bereich von -50 stabil℃ bis 250℃, was optimal auf die Anforderungen von Halbleitergeräten abgestimmt ist, die in einem breiten Temperaturbereich arbeiten.

(2) Durchbruch bei dielektrischen Eigenschaften

Durch die Einführung funktioneller Gruppen wie Phenyl kann die Dielektrizitätskonstante von Silikon zwischen 2,3 und 3,2 (bei 1 MHz) eingestellt werden, und der Tangens des Verlustwinkels beträgt weniger als 0,001.

(3) Innovation im Wärmemanagement

Nanometer-Bornitrid-Dotierungstechnologie ermöglicht, dass die Wärmeleitfähigkeit von Silikon-Wärmeleitmaterialien (TIM) 8 W/mK übersteigt.

2. Welche Vorteile bietet Silikon?

Silikonmaterialien bieten einen vielschichtigen Schutz für Halbleiterbauelemente, hauptsächlich in den folgenden Bereichen:

(1) Elektrischer Isolationsschutz

Silicone materials have excellent electrical insulation properties, and can effectively prevent the semiconductor device in the high voltage and high current conditions of the electrical breakdown phenomenon. Its high dielectric strength and volume resistivity can protect the chip terminal passivation layer and the device’s internal electric field concentration location of the insulation.

(2) Hoch- und Niedertemperaturschutz

Silikonmaterialien können bei extremen Temperaturen stabile Leistung beibehalten, ihr langfristiger Nutzungstemperaturbereich liegt typischerweise zwischen -50 ℃ und 220 °C. ℃. Diese temperaturbeständige Eigenschaft ermöglicht es Halbleiterbauelementen, bei hohen oder niedrigen Umgebungstemperaturen ordnungsgemäß zu arbeiten und thermische Spannungsschäden durch Temperaturschwankungen zu vermeiden.

(3) Feuchtigkeits-, Staub- und Korrosionsschutz

Silikonmaterialien weisen gute Hydrophobie und Wasserdichtigkeit auf und können effektiv verhindern, dass Feuchtigkeit und Staub in das Gehäuseinnere eindringen, wodurch das Halbleiterbauelement vor Umwelteinflüssen geschützt wird. Zusätzlich kann ihre chemische Beständigkeit die Erosion durch gängige chemische Substanzen widerstehen, was die Lebensdauer des Bauelements verlängert.

(4) Dämpfungs- und Stoßschutz

Silikonmaterialien sind weich und besitzen gute Stoßfestigkeit und Dämpfungseigenschaften. Ihre geringe Spannungscharakteristik kann den Druck auf den Chip während des Vergussprozesses reduzieren, um den Chip vor mechanischen Schäden zu schützen.

(5) Keine Nebenproduktbildung

Im Härtungsprozess erzeugt Silikongel (insbesondere formgegossenes Silikongel) keine Nebenprodukte, was Blasen- und Schrumpfungsprobleme durch Nebenprodukte vermeidet. Dies verleiht ihm einen deutlichen Vorteil bei hochpräzisen Vergussanwendungen und kann die Zuverlässigkeit des Vergusses verbessern.

(6) Starke Haftung

Silikonmaterialien weisen gute Haftung und geringe Viskosität auf einer Vielzahl von Materialien (wie Metalle, Kunststoffe, Keramik etc.) auf und gewährleisten so eine feste Verbindung zwischen dem Vergussmaterial, dem Chip und dem Substrat, wodurch die Gesamtstabilität des Gehäuses verbessert wird.

(7) Selbstheilung

Silikonmaterialien sind selbstheilend und können Schäden, die durch mechanische oder thermische Spannungen verursacht wurden, bis zu einem gewissen Grad regenerieren. Diese Eigenschaft trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Halbleiterbauelementen weiter zu verbessern.

(8) Transparenz und optische Eigenschaften

Silikonmaterialien besitzen gute Transparenz und eignen sich für Anwendungen, die optische Eigenschaften erfordern, wie z.B. LED-Verguss. Ihre hohe Lichtdurchlässigkeit und ihr Brechungsindex können die Leistung von optoelektronischen Bauelementen effektiv verbessern.

(9) Umweltfreundlichkeit

Siliciummaterialien sind umweltfreundlich in der Produktion und Verwendung, entsprechend den modernen Anforderungen der Elektronikfertigung an den Umweltschutz.

(10) Anpassbar

Siliciummaterialien können durch Anpassung der Formel und des Prozesses angepasst werden, um verschiedenen Verpackungsanforderungen gerecht zu werden, wie z.B. durch Einstellung ihrer Viskosität, Aushärtezeit, Wärmeleitfähigkeit usw. Diese Anpassbarkeit ermöglicht es, sich an verschiedene komplexe Halbleiterverpackungsprozesse anzupassen.

3. Silikon in elektronischen Halbleiteranwendungen?

3.1 Silikon in der Halbleiterverpackung

(1) Verpackungsmaterialien: Elektronikgrad-Silikonversiegelungsmittel hat ausgezeichnete elektrische Isolierung, Hitzebeständigkeit und mechanische Stabilität und wird weit verbreitet in Halbleiterverpackungen und anderen elektronischen Baugruppen verwendet. Zum Beispiel kann in der IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) Verpackung Silikonversiegelungskleber Isolierung, Vibration, schnellen Aushärtungsprozess und Isolierung von externen korrosiven Medien wie Feuchtigkeit, Luft usw. bieten, um den IGBT-Chip in elektronischen Systemen zu schützen.

XJY-8205 MQ Harz ist das Produkt der gemeinsamen Hydrolyse von Tetraalkoxysilan (Q-Einheit) und Trimethylalkoxysilan (M-Einheit). Es kann als verstärkendes Material im Verkapselungsmaterial verwendet werden und hat die Wirkung von Anti-Vibration und Isolierung.

(2) Photoresist-Hilfsmaterialien: im Halbleiterfertigungs-Fotolackprozess dient Silikon als Si-BARC (Silizium-basierte Antireflexbeschichtung) Materialien, konforme Beschichtung beschichtet zwischen dem Si-Substrat und dem Photoresist auf der Oberfläche kann die Lichtreflexion unter der Oberfläche des Fotolacks reduzieren, so dass die meiste Energie im Belichtungsprozess vom Fotolack absorbiert wird, um so die Genauigkeit des Fotolackprozesses und die optischen Eigenschaften zu verbessern.

3.2 Silikon in organischen photovoltaischen Bauelementen

(1) Organische Solarzellen: Silikonmaterialien können zu dünnen Filmen verarbeitet werden, und die Nutzung ihrer Halbleitereigenschaften kann organische Solarzellen in elektronischen Geräten herstellen. Diese Batterie hat die Vorteile von geringen Kosten, Leichtgewicht, Flexibilität usw., geeignet für die Anwendung in großflächigen Solarkraftwerken.

(2) Organische LED: Silikonmaterialien haben auch wichtige Anwendungen in organischen LEDs. Durch Optimierung der Struktur und Eigenschaften von Silikon kann die Lichtefficienz und Stabilität von organischen LEDs verbessert werden.

(3) Organische Dünnschichttransistoren: Organosilizium-Dünnschichttransistoren können zur Herstellung von flexiblen Bildschirmen und transparenten elektronischen Geräten verwendet werden. Im Vergleich zu traditionellen Silizium-basierten Transistoren haben Silikon-Dünnschichttransistoren bessere Flexibilität und Transparenz, um die zukünftige Nachfrage nach dünnen, leichten und biegbaren elektronischen Produkten zu erfüllen.

3.3 Silikon in anderen Halbleitern

(1) Optische Sensoren: Silikonmaterialien werden auch in der Herstellung von optischen Sensoren verwendet. Ihre guten optischen Eigenschaften und Stabilität ermöglichen ihre Verwendung in der Herstellung von hochpräzisen optischen Sensoren.

(2) LCD-Display-Hintergrundbeleuchtungseinheit: bei der Herstellung von LCD-Display-Hintergrundbeleuchtungseinheiten dient Silikon als reflektierende Schicht und Lichtdiffusionsschicht Material, kann die Helligkeit und Gleichmäßigkeit des Displays verbessern.

XJY-801 Polymethylsilsesquioxan (kugelförmiges Silikonharzpulver) kann weit verbreitet in hochwertigen transparenten PC-Lampen und Laternen, Lampenschirmen, Lichtboxen, Flachbildschirm-LCD-Lichtdiffusionsplatten usw. verwendet werden. Es ist eine Art ultrafines kugelförmiges Pulvermaterial mit sowohl organischen als auch anorganischen Eigenschaften, das in der Form eines dreidimensionalen Netzwerksphäre ist, mit guten optischen Eigenschaften, Dispergierung, Schmierfähigkeit, Hitzebeständigkeit und ausgezeichnetem seidigem Griff.

4. Welche Herausforderungen gibt es bei der Anwendung von Silikon in der Halbleitertechnik?

(1) Leistungsstabilität: Obwohl Silikonmaterialien viele Vorteile haben, muss die Leistungsstabilität bei hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und anderen extremen Umgebungen noch weiter verbessert werden.

(2) Materialreinheit: Halbleiteranwendungen erfordern einen hohen Grad an Materialreinheit, Silikonmaterialien stellen Reinheitskontroll-Herausforderungen dar.

5. Wie kann die Leistung von Silikon verbessert werden?

Silikontechnologie zeigt breite Anwendungsaussichten im Halbleiterbereich aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften. Von Verpackungsmaterialien bis zu organischen optoelektronischen Geräten bietet die Anwendung von Silikon für die Entwicklung der Halbleiterindustrie und elektronischen Komponenten (Handys) neue Ideen und Methoden. Wie kann die Wettbewerbsfähigkeit von Produkten verbessert werden?

XJY Silicones ist einer der führenden Silikon-MQ-Harz und VMQ-Silikonhersteller in China, mit mehr als 30 Jahren Erfahrung in Forschung und Entwicklung und Fertigung in der Silikonindustrie, sowie mehr als 15 damit verbundenen Patenten und technischer Unterstützung. Unsere Silikonrohstoffprodukte können die Bedürfnisse des Elektroniksilikonbereichs erfüllen und unterstützen die Bereitstellung von diversifizierten maßgeschneiderten Lösungen.