সিরামিক সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠতলে ধাতবকরণ গবেষণার বর্তমান পরিস্থিতি ও প্রবণতা

পরেসিরামিকসাবস্ট্রেটকে সিন্টার করে আকার দেওয়ার পর, এর পৃষ্ঠকে মেটালাইজ করতে হয় এবং তারপর সিরামিক সাবস্ট্রেটের বৈদ্যুতিক সংযোগ কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য ইমেজ ট্রান্সফারের মাধ্যমে পৃষ্ঠের প্যাটার্ন তৈরি করা হয়। সিরামিক সাবস্ট্রেট তৈরির ক্ষেত্রে সারফেস মেটালাইজেশন একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ধাপ। এর কারণ হলো, উচ্চ তাপমাত্রায় সিরামিক পৃষ্ঠে ধাতুর ওয়েটিং অ্যাবিলিটি বা সিক্ত হওয়ার ক্ষমতাই ধাতু ও সিরামিকের মধ্যকার বন্ধন শক্তি নির্ধারণ করে। এলইডি প্যাকেজিং-এর কর্মক্ষমতার স্থিতিশীলতার জন্য ভালো বন্ধন শক্তি একটি গুরুত্বপূর্ণ নিশ্চয়তা। বর্তমানে, সিরামিক পৃষ্ঠের সাধারণ মেটালাইজেশন পদ্ধতিগুলোকে মোটামুটিভাবে কয়েকটি ভাগে ভাগ করা যায়, যার মধ্যে রয়েছে কো-বার্নিং পদ্ধতি (HTCC এবং LTCC), থিক ফিল্ম পদ্ধতি (TFC), ডাইরেক্ট কপার ডিপোজিশন পদ্ধতি (DBC), ডাইরেক্ট অ্যালুমিনিয়াম ডিপোজিশন পদ্ধতি (DBA), এবং থিন ফিল্ম পদ্ধতি (DPC)।

সহ-দহন পদ্ধতি (HTCC/LTCC)

দুই ধরনের সহ-দহন পদ্ধতি রয়েছে: একটি হলো উচ্চ-তাপমাত্রা সহ-দহন (HTCC), এবং অন্যটি হলো নিম্ন-তাপমাত্রা সহ-দহন (LTCC)। উভয়ের প্রক্রিয়া প্রবাহ মূলত একই। প্রধান উৎপাদন প্রক্রিয়া প্রবাহের মধ্যে রয়েছে স্লারি প্রস্তুতি, ঢালাই এবং স্ট্রিপ তৈরি, গ্রিন বডি শুকানো, থ্রু হোল ড্রিলিং, স্ক্রিন প্রিন্টিং এবং হোল ফিলিং, স্ক্রিন প্রিন্টিং সার্কিট, লেয়ারিং এবং সিন্টারিং, এবং চূড়ান্ত স্লাইসিং এবং অন্যান্য পোস্ট-ট্রিটমেন্ট প্রক্রিয়া। অ্যালুমিনা পাউডার জৈব বাইন্ডারের সাথে মিশিয়ে একটি স্লারি তৈরি করা হয়, এবং তারপর একটি স্ক্র্যাপার দিয়ে স্লারিটিকে শিটে পরিণত করা হয়। শুকানোর পরে, একটি সিরামিক গ্রিন বডি তৈরি হয় [10]। তারপর, ডিজাইনের প্রয়োজনীয়তা অনুসারে, গ্রিন বডিতে থ্রু হোল তৈরি করা হয় এবং ধাতব পাউডার দিয়ে ভরাট করা হয়। স্ক্রিন প্রিন্টিং প্রযুক্তির মাধ্যমে গ্রিন বডির পৃষ্ঠে একটি লাইন প্যাটার্ন লেপন করা হয়। অবশেষে, প্রতিটি স্তরের গ্রিন বডিগুলিকে স্তূপ করে একসাথে চাপ দেওয়া হয়, এবং তারপর সহ-দহন চুল্লিতে সিন্টার করে আকার দেওয়া হয়। যদিও দুটি কো-ফায়ারিং পদ্ধতির প্রক্রিয়া মোটামুটি একই, তবে সিন্টারিং তাপমাত্রার মধ্যে ব্যাপক পার্থক্য দেখা যায়। HTCC-এর জন্য কো-ফায়ারিং তাপমাত্রা হলো ১৩০০ থেকে ১৬০০℃, যেখানে LTCC-এর জন্য সিন্টারিং তাপমাত্রা হলো ৮৫০ থেকে ৯০০℃। এই পার্থক্যের প্রধান কারণ হলো, LTCC সিন্টারিং স্লারিতে এমন গ্লাস উপাদান থাকে যা সিন্টারিং তাপমাত্রা কমাতে পারে, কিন্তু HTCC কো-ফায়ার্ড স্লারিতে তা উপস্থিত থাকে না। যদিও গ্লাস উপাদান সিন্টারিং তাপমাত্রা কমাতে পারে, তবে এর ফলে সাবস্ট্রেটের তাপ পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়।

থিক ফিল্ম সিরামিক (টিএফসি)

থিক ফিল্ম পদ্ধতি বলতে এমন একটি উৎপাদন প্রক্রিয়াকে বোঝায় যেখানে স্ক্রিন প্রিন্টিংয়ের মাধ্যমে পরিবাহী পেস্ট সরাসরি সিরামিক সাবস্ট্রেটের উপর প্রলেপ দেওয়া হয় এবং তারপর উচ্চ-তাপমাত্রার সিন্টারিংয়ের মাধ্যমে ধাতব স্তরটি সিরামিক সাবস্ট্রেটের সাথে দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত করা হয়। থিক-ফিল্ম প্রক্রিয়া নির্ধারণে থিক-ফিল্ম কন্ডাক্টর স্লারির নির্বাচন একটি মূল বিষয়। এটি একটি কার্যকরী ফেজ (অর্থাৎ, ২μm-এর কম কণা আকারের ধাতব পাউডার), একটি বাইন্ডার ফেজ (বাইন্ডার) এবং একটি জৈব বাহক দ্বারা গঠিত। সাধারণ ধাতব পাউডারগুলোর মধ্যে রয়েছে Au, Pt, Au/Pt, Au/Pd, Ag, Ag/Pt, Ag/Pd, Cu, Ni, Al এবং W, যার মধ্যে Ag, Ag/Pd এবং Cu স্লারি সবচেয়ে বেশি প্রচলিত। বাইন্ডার সাধারণত কাচজাতীয় পদার্থ, ধাতব অক্সাইড বা উভয়ের মিশ্রণ হয়ে থাকে। এর কাজ হলো সিরামিক এবং ধাতুকে সংযুক্ত করা এবং ভিত্তি সিরামিকের সাথে থিক ফিল্ম স্লারির আসঞ্জন নির্ধারণ করা। এটি থিক ফিল্ম স্লারি উৎপাদনের মূল চাবিকাঠি। জৈব বাহকের প্রধান কাজ হলো কার্যকরী পর্যায় এবং বন্ধনকারী পর্যায়কে ছড়িয়ে দেওয়া এবং একই সাথে পরবর্তী স্ক্রিন প্রিন্টিং-এর জন্য পুরু ফিল্ম স্লারির একটি নির্দিষ্ট সান্দ্রতা বজায় রাখা। সিন্টারিং প্রক্রিয়ার সময় এটি ধীরে ধীরে বাষ্পীভূত হয়ে যায়।

সরাসরি বন্ধনযুক্ত তামা (ডিবিসি)

ডিবিসি হলো সিরামিক পৃষ্ঠে (প্রধানত Al2O3 এবং AlN) তামার ফয়েল সংযুক্ত করার একটি মেটালাইজেশন পদ্ধতি। এটি চিপ অন বোর্ড (COB) প্যাকেজিং প্রযুক্তির উত্থানের সাথে বিকশিত একটি নতুন প্রক্রিয়া। এর মূল নীতি হলো Cu এবং সিরামিকের মধ্যে অক্সিজেন মৌল প্রবেশ করানো, এবং তারপর ১০৬৫ থেকে ১০৮৩℃ তাপমাত্রায় একটি Cu/O ইউটেক্টিক তরল দশা গঠন করা। এই দশাটি তখন সিরামিক ম্যাট্রিক্স এবং তামার ফয়েলের সাথে বিক্রিয়া করে CuAlO2 বা Cu(AlO2)2 উৎপন্ন করে, এবং মধ্যবর্তী দশার ক্রিয়ায় তামার ফয়েলটি ম্যাট্রিক্সের সাথে সংযুক্ত হয়। যেহেতু AlN একটি নন-অক্সাইড সিরামিক, তাই এর পৃষ্ঠে তামার প্রলেপ দেওয়ার মূল চাবিকাঠি হলো এর উপর একটি Al2O3 ট্রানজিশন স্তর তৈরি করা, এবং এই ট্রানজিশন স্তরের ক্রিয়ায় তামার ফয়েল ও মূল সিরামিকের মধ্যে কার্যকর বন্ধন অর্জন করা।

সরাসরি অ্যালুমিনিয়াম বন্ধন (DAB)

সরাসরি অ্যালুমিনিয়াম লেপন পদ্ধতিটি তরল অবস্থায় সিরামিকের প্রতি অ্যালুমিনিয়ামের ভালো ভেদ্যতার সুবিধা নিয়ে উভয়ের বন্ধন সাধন করে। যখন তাপমাত্রা 660℃-এর উপরে ওঠে, তখন কঠিন অ্যালুমিনিয়াম তরল হয়ে যায়। তরল অ্যালুমিনিয়াম সিরামিকের পৃষ্ঠকে ভিজিয়ে দেওয়ার পর, তাপমাত্রা কমার সাথে সাথে সিরামিকের পৃষ্ঠে থাকা অ্যালুমিনিয়াম দ্বারা সরবরাহকৃত স্ফটিক নিউক্লিয়াসগুলো স্ফটিকীভূত হয় এবং বৃদ্ধি পায়। যখন এটিকে কক্ষ তাপমাত্রায় ঠান্ডা করা হয়, তখন উভয়ের সংমিশ্রণ সাধিত হয়। অ্যালুমিনিয়ামের উচ্চ বিক্রিয়াশীলতার কারণে, এটি উচ্চ তাপমাত্রায় জারিত হয়ে একটি Al2O3 ফিল্ম তৈরি করে যা তরল অ্যালুমিনিয়ামের পৃষ্ঠে বিদ্যমান থাকে, যা সিরামিকের পৃষ্ঠে তরল অ্যালুমিনিয়ামের ভেদ্যতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে এবং বন্ধন সাধন করা কঠিন করে তোলে। অতএব, বন্ধনের আগে এটি অবশ্যই অপসারণ করতে হবে অথবা বন্ধনটি অক্সিজেন-মুক্ত পরিবেশে সম্পন্ন করা উচিত। পেং রং এবং অন্যান্যরা [23,27] চাপ প্রয়োগ করে Al2O3 সাবস্ট্রেট এবং AlN সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে বিশুদ্ধ গলিত অ্যালুমিনিয়াম ছড়িয়ে দেওয়ার জন্য গ্রাফাইট মোল্ড ডাই-কাস্টিং পদ্ধতি গ্রহণ করেছিলেন। Al2O3 ফিল্মের তরলতার অভাবে এটি ছাঁচের গহ্বরে থেকে যায়। শীতল করার পর, একটি ভালোভাবে সংযুক্ত DAB সাবস্ট্রেট পাওয়া যায়।

সরাসরি প্রলেপযুক্ত তামা (ডিপিসি)

থিন-ফিল্ম পদ্ধতি হলো এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে প্রধানত ফিজিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (যেমন ভ্যাকুয়াম ইভাপোরেশন, ম্যাগনেট্রন স্পাটারিং ইত্যাদি) এবং অন্যান্য কৌশল ব্যবহার করে সিরামিকের পৃষ্ঠে একটি ধাতব স্তর তৈরি করা হয় এবং তারপর মাস্কিং, এচিং ও অন্যান্য প্রক্রিয়ার মাধ্যমে একটি ধাতব সার্কিট স্তর গঠন করা হয়। এদের মধ্যে, ফিজিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন হলো সবচেয়ে প্রচলিত থিন-ফিল্ম উৎপাদন প্রক্রিয়া।