मुख्यधारा धातुकरण प्रक्रियाओं और सिरेमिक हीट सिंक सबस्ट्रेट्स के अनुप्रयोगों का अवलोकन

जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी उच्च शक्ति घनत्व, उच्च आवृत्ति और लघुकरण की ओर आगे बढ़ती है, थर्मल प्रबंधन सिस्टम के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को सीमित करने वाला एक मुख्य कारक बन गया है। सिरेमिक सब्सट्रेट, अपनी उत्कृष्ट तापीय चालकता, विद्युत इन्सुलेशन, उच्च तापमान प्रतिरोध और थर्मल विस्तार मिलान विशेषताओं के साथ, बिजली अर्धचालक और उच्च अंत इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग के लिए महत्वपूर्ण वाहक बन गए हैं। विशेष रूप से एल्यूमीनियम के धातुकरण जैसी प्रमुख प्रक्रियाओं के समर्थन से, सिरेमिक सामग्री आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में मौलिक भूमिका निभाते हुए, इन्सुलेट मीडिया से अत्यधिक विश्वसनीय विद्युत इंटरकनेक्ट संरचनाओं में बदल सकती है।

 

सिंटरिंग के बाद, सिरेमिक सब्सट्रेट्स को एक प्रवाहकीय परत बनाने के लिए धातुकरण से गुजरना होगा, जिससे चिप और बाहरी सर्किट के बीच विद्युत कनेक्शन सक्षम हो सके। वर्तमान मुख्यधारा प्रौद्योगिकियों को दो मुख्य श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: समतलीय धातुकरण और त्रि{{1}आयामी सह{2}}फायर्ड धातुकरण। इनमें से, एल्यूमिनियम सिरेमिक प्रक्रिया के धातुकरण ने पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, संचार उपकरण और नई ऊर्जा वाहनों में एक परिपक्व अनुप्रयोग आधार स्थापित किया है।

 

 

 

प्लेनर सिरेमिक सब्सट्रेट आमतौर पर स्पटरिंग, वाष्पीकरण, इलेक्ट्रोप्लेटिंग या रासायनिक प्लेटिंग जैसी विधियों का उपयोग करके दो आयामी सतहों पर प्रवाहकीय परतें बनाते हैं। यह प्रक्रिया परिपक्व, लागत प्रभावी और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है, जो इसे विद्युत अनुप्रयोगों के लिए धातुकृत सिरेमिक के क्षेत्र में मुख्यधारा समाधान बनाती है।

 

1. डीपीसी (डायरेक्टली प्लेटेड सिरेमिक) प्रक्रिया

सेमीकंडक्टर माइक्रोफैब्रिकेशन पर आधारित डीपीसी तकनीक, स्पटरिंग सीड लेयर्स, फोटोलिथोग्राफिक पैटर्न ट्रांसफर और इलेक्ट्रोप्लेटिंग थिकनिंग के माध्यम से उच्च परिशुद्धता सर्किट फैब्रिकेशन प्राप्त करती है। यह तकनीक अत्यधिक उच्च पैटर्न रिज़ॉल्यूशन और संरेखण सटीकता प्रदान करते हुए, 20-30 μm स्तर पर महीन रेखाएं प्राप्त कर सकती है। इसके साथ ही, यह सामग्री संरचना पर थर्मल तनाव के प्रभाव से प्रभावी ढंग से बचने के लिए कम तापमान वाली प्रक्रियाओं को नियोजित करता है।

 

डीपीसी विशेष रूप से एलईडी पैकेजिंग, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक डिवाइस और उच्च घनत्व इंटरकनेक्ट मॉड्यूल जैसे उच्च {{0} एकीकरण पैकेजिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, और सटीक धातुकृत सिरेमिक प्राप्त करने के लिए प्रमुख तकनीकी मार्गों में से एक है। हालाँकि, इसकी धातु परत की मोटाई सीमित है, इलेक्ट्रोप्लेटिंग एकरूपता नियंत्रण चुनौतीपूर्ण है, और प्रक्रिया स्थिरता पर उच्च आवश्यकताएं रखी गई हैं।

 

2. डीबीसी (डायरेक्ट कॉपर सिरेमिक) प्रक्रिया

डीबीसी प्रक्रिया उच्च तापमान पर एक यूटेक्टिक प्रतिक्रिया के माध्यम से तांबे और सिरेमिक के बीच एक धातुकर्म बंधन प्राप्त करती है, जिसके परिणामस्वरूप अत्यधिक उच्च बंधन शक्ति और उत्कृष्ट तापीय चालकता होती है। इसकी तांबे की परत की मोटाई व्यापक रूप से (120-700 μm) होती है, जो उच्च वर्तमान संचरण की आवश्यकताओं को पूरा करती है और इसे पावर डिवाइस पैकेजिंग के लिए सबसे परिपक्व समाधानों में से एक बनाती है।

 

इस तकनीक का व्यापक रूप से आईजीबीटी मॉड्यूल, बिजली आपूर्ति उपकरणों और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है, जो विद्युत घटकों के लिए मेटालाइज्ड एल्यूमिना सिरेमिक के एक विशिष्ट अनुप्रयोग का प्रतिनिधित्व करता है। हालाँकि, इसकी लाइनविड्थ सटीकता अपेक्षाकृत कम है, और थर्मल साइक्लिंग स्थितियों के तहत इंटरफेशियल माइक्रोप्रोर्स से विश्वसनीयता प्रभावित हो सकती है, इस प्रकार उच्च परिशुद्धता पैकेजिंग में इसका अनुप्रयोग सीमित हो जाता है।

 

3. एएमबी (एक्टिव मेटल बॉन्डिंग) प्रक्रिया

एएमबी तकनीक मध्यम से उच्च तापमान के तहत सिरेमिक और धातु के बीच एक मजबूत इंटरफेशियल बंधन प्राप्त करने के लिए टीआई जैसे सक्रिय तत्वों से युक्त सोल्डर पेश करती है, जो थर्मल विस्तार बेमेल के कारण होने वाली तनाव समस्याओं को प्रभावी ढंग से कम करती है। पारंपरिक डीबीसी की तुलना में, यह उच्च तापमान वाली साइकिलिंग स्थितियों में बेहतर विश्वसनीयता प्रदर्शित करता है।

 

यह प्रक्रिया उच्च शक्ति घनत्व और उच्च तापमान वाले ऑपरेटिंग वातावरणों के लिए उपयुक्त है, जैसे नई ऊर्जा वाहनों के लिए पावर मॉड्यूल और तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर डिवाइस पैकेजिंग, और उच्च शक्ति वाले धातुकृत सिरेमिक घटकों के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण दिशा है। हालाँकि, इसमें प्रक्रिया पर्यावरण (वैक्यूम या सुरक्षात्मक वातावरण) और सामग्री प्रणाली के लिए उच्च आवश्यकताएं हैं, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत उच्च लागत आती है।

 

 

 

जैसे-जैसे पैकेजिंग संरचनाएं त्रि-आयामी एकीकरण की ओर विकसित हो रही हैं, गुहा संरचनाओं और बहु-परत इंटरकनेक्ट क्षमताओं के साथ तीन-आयामी सिरेमिक सब्सट्रेट धीरे-धीरे उच्च अंत पैकेजिंग के लिए महत्वपूर्ण वाहक बन रहे हैं। इस प्रकार की तकनीक में कोर के रूप में सह-फायर्ड सिरेमिक का उपयोग किया जाता है, जिससे उच्च घनत्व वाली वायरिंग और भली भांति बंद पैकेजिंग संभव हो जाती है, और उच्च विश्वसनीयता वाले इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

 

1. एचटीसीसी (उच्च-तापमान सह-फायर्ड सिरेमिक)

एचटीसीसी एक अभिन्न संरचना बनाने के लिए 1500 डिग्री से ऊपर के तापमान पर सह-जलाए गए उच्च पिघलने वाले बिंदु धातु पेस्ट (जैसे टंगस्टन और मोलिब्डेनम) और सिरेमिक सामग्री का उपयोग करता है। इसमें उत्कृष्ट यांत्रिक शक्ति और उच्च तापमान प्रतिरोध है, जो इसे चरम वातावरण में इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग के लिए उपयुक्त बनाता है।

 

इस तकनीक का व्यापक रूप से सैन्य, एयरोस्पेस और उच्च {{0} पावर मॉड्यूल में उपयोग किया जाता है, और यह पावर सेमीकंडक्टर समाधान के लिए एक विशिष्ट धातुकृत सिरेमिक हाउसिंग है। हालाँकि, इसकी विनिर्माण लागत अधिक है, और इसकी चालकता अपेक्षाकृत सीमित है, जो इसे उच्च आवृत्ति परिशुद्धता सर्किट के लिए अनुपयुक्त बनाती है।

 

2. एलटीसीसी (निम्न-तापमान सह-फायर्ड सिरेमिक)

LTCC कम तापमान वाली सिंटरिंग सामग्री प्रणाली का उपयोग करता है (<950℃), allowing it to be co-fired with highly conductive metals such as gold, silver, and copper. It possesses excellent electrical properties and high design flexibility. Its linewidth can be as low as 50μm, making it suitable for high-frequency, high-speed, and miniaturized packaging requirements.

 

5G संचार, रडार सिस्टम और उच्च आवृत्ति मॉड्यूल में, LTCC मुख्यधारा के समाधानों में से एक बन गया है, जिसका व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए एल्यूमिना मेटालाइज्ड सिरेमिक में उपयोग किया जाता है। इसका दोष यह है कि इसकी यांत्रिक शक्ति और तापीय चालकता एचटीसीसी प्रणालियों की तुलना में थोड़ी कम है।

 

 

अनुप्रयोग परिप्रेक्ष्य से, विभिन्न धातुकरण प्रक्रियाओं में से प्रत्येक के अपने फायदे हैं:

 

डीपीसी: उच्च परिशुद्धता, लघु पैकेजिंग → माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, एलईडी

डीबीसी: उच्च तापीय चालकता, उच्च धारा → पावर मॉड्यूल, आईजीबीटी

एएमबी: उच्च विश्वसनीयता, उच्च तापमान साइकिलिंग → नई ऊर्जा वाहन, SiC/GaN उपकरण

एचटीसीसी: उच्च शक्ति, उच्च तापमान प्रतिरोध → सैन्य और चरम वातावरण

एलटीसीसी: उच्च आवृत्ति, उच्च एकीकरण → संचार और उच्च-स्पीड इलेक्ट्रॉनिक्स

 

व्यावहारिक इंजीनियरिंग में, इष्टतम प्रदर्शन मिलान प्राप्त करने के लिए थर्मल चालकता आवश्यकताओं, वर्तमान रेटिंग, पैकेज घनत्व और लागत पर विचार करते हुए एक व्यापक चयन प्रक्रिया आयोजित की जानी चाहिए। ये प्रौद्योगिकियां सामूहिक रूप से विद्युत घटकों के लिए धातुकृत सिरेमिक की मुख्य प्रौद्योगिकी प्रणाली का गठन करती हैं।

 

 

 

सिरेमिक धातुकरण प्रौद्योगिकी का भविष्य का विकास निम्नलिखित दिशाओं पर केंद्रित होगा:

 

उच्च तापीय चालकता (SiC/GaN उपकरणों के लिए)

उच्चतर वायरिंग परिशुद्धता (माइक्रोन-स्तर या यहां तक ​​कि नैनोमीटर-स्तर)

बहु-सामग्री कंपोजिट (उच्च-अंत सिरेमिक जैसे कि AlN और Si₃N₄)

त्रि{{0}आयामी एकीकरण और सिस्टम-इन{2}}पैकेज (SiP)

 

इसके साथ ही, एलुमिना मेटालाइज्ड सिरेमिक से संबंधित सटीक मशीनिंग और संरचनात्मक अनुकूलन क्षमताएं उत्पाद वर्धित मूल्य को बढ़ाने में एक महत्वपूर्ण प्रतिस्पर्धी लाभ बन जाएंगी।

 

 

एक पेशेवर निर्माता के रूप में, हम एल्युमिना सिरेमिक भागों और उच्च विश्वसनीयता वाले धातुकरण समाधानों की सटीक मशीनिंग में विशेषज्ञ हैं, जो ग्राहकों को सामग्री चयन और संरचनात्मक डिजाइन से लेकर धातुकरण कार्यान्वयन तक एकीकृत समर्थन प्रदान करने के लिए प्रतिबद्ध हैं। हमारे उत्पादों में मेटालाइज्ड सिरेमिक इंसुलेटिंग ट्यूब शामिल हैं,धातुकृत सिरेमिक भाग, उच्च परिशुद्धता संरचनात्मक घटक, और अनुकूलित पैकेजिंग सब्सट्रेट, व्यापक रूप से नई ऊर्जा, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और उच्च अंत उपकरण क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

 

अपनी परिपक्व प्रक्रिया प्रणाली और स्थिर विनिर्माण क्षमताओं का लाभ उठाते हुए, हम बॉन्डिंग के लिए एल्युमिना मेटालाइज्ड सिरेमिक और विभिन्न प्रकार के कार्यात्मक सिरेमिक घटक प्रदान कर सकते हैं जो कठोर अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, जिससे ग्राहकों को उच्च प्रदर्शन और उच्च विश्वसनीयता सिस्टम एकीकरण समाधान प्राप्त करने में मदद मिलती है।