സെറാമിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് പ്രതലങ്ങളിലെ മെറ്റലൈസേഷൻ ഗവേഷണത്തിന്റെ നിലവിലെ സാഹചര്യവും പ്രവണതയും

ശേഷംസെറാമിക്സബ്‌സ്ട്രേറ്റ് സിന്റർ ചെയ്ത് രൂപപ്പെടുത്തേണ്ടതുണ്ട്, അതിന്റെ ഉപരിതലം മെറ്റലൈസ് ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്, തുടർന്ന് സെറാമിക് സബ്‌സ്ട്രേറ്റിന്റെ വൈദ്യുത കണക്ഷൻ പ്രകടനം കൈവരിക്കുന്നതിന് ഇമേജ് ട്രാൻസ്ഫർ വഴി ഉപരിതല പാറ്റേൺ നിർമ്മിക്കുന്നു. സെറാമിക് സബ്‌സ്ട്രേറ്റുകളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ ഉപരിതല മെറ്റലൈസേഷൻ ഒരു നിർണായക ഘട്ടമാണ്. ഉയർന്ന താപനിലയിൽ സെറാമിക് പ്രതലങ്ങളിലേക്ക് ലോഹങ്ങളുടെ നനയ്ക്കാനുള്ള കഴിവ് ലോഹങ്ങളും സെറാമിക്സും തമ്മിലുള്ള ബോണ്ടിംഗ് ബലത്തെ നിർണ്ണയിക്കുന്നു എന്നതാണ് ഇതിന് കാരണം. LED പാക്കേജിംഗ് പ്രകടനത്തിന്റെ സ്ഥിരതയ്ക്ക് നല്ല ബോണ്ടിംഗ് ബലം ഒരു പ്രധാന ഉറപ്പാണ്. നിലവിൽ, സെറാമിക് പ്രതലങ്ങളിലെ സാധാരണ മെറ്റലൈസേഷൻ രീതികളെ കോ-ബേണിംഗ് രീതികൾ (HTCC, LTCC), കട്ടിയുള്ള ഫിലിം രീതി (TFC), നേരിട്ടുള്ള ചെമ്പ് നിക്ഷേപ രീതി (DBC), നേരിട്ടുള്ള അലുമിനിയം നിക്ഷേപ രീതി (DBA), നേർത്ത ഫിലിം രീതി (DPC) എന്നിവയുൾപ്പെടെ നിരവധി രൂപങ്ങളായി തരംതിരിക്കാം.

കോ-ഫയറിംഗ് രീതി (HTCC/LTCC)

രണ്ട് തരം കോ-ഫയറിംഗ് രീതികളുണ്ട്: ഒന്ന് ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള കോ-ഫയറിംഗ് (HTCC), മറ്റൊന്ന് താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള കോ-ഫയറിംഗ് (LTCC). രണ്ടിന്റെയും പ്രക്രിയാ പ്രവാഹങ്ങൾ അടിസ്ഥാനപരമായി ഒന്നുതന്നെയാണ്. പ്രധാന ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയാ പ്രവാഹങ്ങളിൽ സ്ലറി തയ്യാറാക്കൽ, കാസ്റ്റിംഗ് സ്ട്രിപ്പുകൾ സൃഷ്ടിക്കൽ, പച്ച ശരീരങ്ങൾ ഉണക്കൽ, ദ്വാരങ്ങളിലൂടെ തുരക്കൽ, സ്ക്രീൻ പ്രിന്റിംഗ്, ദ്വാരങ്ങൾ പൂരിപ്പിക്കൽ, സ്ക്രീൻ പ്രിന്റിംഗ് സർക്യൂട്ടുകൾ, ലെയറിംഗ്, സിന്ററിംഗ്, ഫൈനൽ സ്ലൈസിംഗ്, മറ്റ് പോസ്റ്റ്-ട്രീറ്റ്മെന്റ് പ്രക്രിയകൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. അലുമിന പൊടി ഒരു സ്ലറി രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഓർഗാനിക് ബൈൻഡറുകളുമായി കലർത്തുന്നു, തുടർന്ന് സ്ലറി ഒരു സ്ക്രാപ്പർ ഉപയോഗിച്ച് ഷീറ്റുകളായി പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നു. ഉണങ്ങിയ ശേഷം, ഒരു സെറാമിക് പച്ച ശരീരം രൂപം കൊള്ളുന്നു [10]. തുടർന്ന്, ഡിസൈൻ ആവശ്യകതകൾ അനുസരിച്ച്, ദ്വാരങ്ങളിലൂടെ പച്ച ശരീരത്തിൽ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുകയും ലോഹ പൊടി നിറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സ്ക്രീൻ പ്രിന്റിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് പച്ച ശരീരത്തിന്റെ ഉപരിതലം ഒരു ലൈൻ പാറ്റേൺ കൊണ്ട് പൂശുന്നു. ഒടുവിൽ, ഓരോ പാളിയുടെയും പച്ച ശരീരങ്ങൾ അടുക്കി അമർത്തി, തുടർന്ന് സിന്റർ ചെയ്ത് കോ-ഫയറിംഗ് ചൂളയിൽ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു. രണ്ട് സഹ-ഫയറിംഗ് രീതികളുടെയും പ്രക്രിയകൾ ഏകദേശം ഒരുപോലെയാണെങ്കിലും, സിന്ററിംഗ് താപനിലയിൽ വലിയ വ്യത്യാസമുണ്ട്. എച്ച്ടിസിസിയുടെ കോ-ഫയറിംഗ് താപനില 1300 മുതൽ 1600 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെയാണ്, അതേസമയം എൽടിസിസിയുടെ സിന്ററിംഗ് താപനില 850 മുതൽ 900 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെയാണ്. ഈ വ്യത്യാസത്തിന് പ്രധാന കാരണം എൽടിസിസി സിന്ററിംഗ് സ്ലറിയിൽ സിന്ററിംഗ് താപനില കുറയ്ക്കാൻ കഴിയുന്ന ഗ്ലാസ് വസ്തുക്കൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു എന്നതാണ്, എന്നാൽ ഇവ എച്ച്ടിസിസി കോ-ഫയറിംഗ് സ്ലറിയിൽ ഇല്ല. ഗ്ലാസ് വസ്തുക്കൾക്ക് സിന്ററിംഗ് താപനില കുറയ്ക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിലും, അവ അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ താപ ചാലകതയിൽ ഗണ്യമായ കുറവുണ്ടാക്കുന്നു.

തിക്ക് ഫിലിം സെറാമിക് (TFC)

കട്ടിയുള്ള ഫിലിം രീതി എന്നത് സ്‌ക്രീൻ പ്രിന്റിംഗ് വഴി സെറാമിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലേക്ക് നേരിട്ട് കണ്ടക്റ്റീവ് പേസ്റ്റ് പൂശുകയും, തുടർന്ന് ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള സിന്ററിംഗ് വഴി ലോഹ പാളി സെറാമിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ ഉറച്ചുനിൽക്കുകയും ചെയ്യുന്ന നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. കട്ടിയുള്ള ഫിലിം കണ്ടക്ടർ സ്ലറി തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് കട്ടിയുള്ള ഫിലിം പ്രക്രിയ നിർണ്ണയിക്കുന്നതിൽ ഒരു പ്രധാന ഘടകമാണ്. ഇത് ഒരു ഫങ്ഷണൽ ഘട്ടം (അതായത്, 2μm-ൽ താഴെ കണികാ വലിപ്പമുള്ള ലോഹ പൊടി), ഒരു ബൈൻഡർ ഘട്ടം (ബൈൻഡർ), ഒരു ഓർഗാനിക് കാരിയർ എന്നിവ ചേർന്നതാണ്. സാധാരണ ലോഹ പൊടികളിൽ Au, Pt, Au/Pt, Au/Pd, Ag, Ag/Pt, Ag/Pd, Cu, Ni, Al, W എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു, അവയിൽ Ag, Ag/Pd, Cu സ്ലറികൾ എന്നിവയാണ് ഏറ്റവും സാധാരണമായത്. ബൈൻഡർ സാധാരണയായി ഗ്ലാസ് മെറ്റീരിയൽ, മെറ്റൽ ഓക്സൈഡ് അല്ലെങ്കിൽ രണ്ടിന്റെയും മിശ്രിതം എന്നിവയാണ്. സെറാമിക്, ലോഹം എന്നിവ ബന്ധിപ്പിക്കുകയും കട്ടിയുള്ള ഫിലിം സ്ലറിയുടെ അടിസ്ഥാന സെറാമിക്കിലേക്ക് അഡീഷൻ നിർണ്ണയിക്കുകയും ചെയ്യുക എന്നതാണ് ഇതിന്റെ പ്രവർത്തനം. കട്ടിയുള്ള ഫിലിം സ്ലറിയുടെ ഉത്പാദനത്തിനുള്ള താക്കോലാണിത്. ഓർഗാനിക് കാരിയറിന്റെ പ്രധാന ധർമ്മം ഫങ്ഷണൽ ഘട്ടവും ബൈൻഡർ ഘട്ടവും ചിതറിക്കുക എന്നതാണ്, അതേസമയം തുടർന്നുള്ള സ്ക്രീൻ പ്രിന്റിംഗിനായി കട്ടിയുള്ള ഫിലിം സ്ലറിയുടെ ഒരു നിശ്ചിത വിസ്കോസിറ്റി നിലനിർത്തുന്നു. സിന്ററിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ ഇത് ക്രമേണ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടും.

ഡയറക്ട് ബോണ്ടഡ് കോപ്പർ (DBC)

സെറാമിക് പ്രതലങ്ങളിൽ (പ്രധാനമായും Al2O3, AlN) കോപ്പർ ഫോയിൽ ബന്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മെറ്റലൈസേഷൻ രീതിയാണ് DBC. ചിപ്പ് ഓൺ ബോർഡ് (COB) പാക്കേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ആവിർഭാവത്തോടെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ഒരു പുതിയ പ്രക്രിയയാണിത്. Cu നും സെറാമിക്സിനും ഇടയിൽ ഓക്സിജൻ മൂലകങ്ങൾ പരിചയപ്പെടുത്തുക, തുടർന്ന് 1065 മുതൽ 1083℃ വരെ താപനിലയിൽ ഒരു Cu/O യൂടെക്റ്റിക് ലിക്വിഡ് ഘട്ടം രൂപപ്പെടുത്തുക എന്നതാണ് അടിസ്ഥാന തത്വം. ഈ ഘട്ടം പിന്നീട് സെറാമിക് മാട്രിക്സുമായും കോപ്പർ ഫോയിലുമായും പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് CuAlO2 അല്ലെങ്കിൽ Cu(AlO2)2 ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഇന്റർമീഡിയറ്റ് ഘട്ടത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ, കോപ്പർ ഫോയിൽ മാട്രിക്സുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. Al N നോൺ-ഓക്സൈഡ് സെറാമിക്സിൽ പെട്ടതായതിനാൽ, അതിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ചെമ്പ് പൂശുന്നതിനുള്ള താക്കോൽ അതിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു Al2O3 സംക്രമണ പാളി രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിലും സംക്രമണ പാളിയുടെ പ്രവർത്തനത്തിൽ കോപ്പർ ഫോയിലും അടിസ്ഥാന സെറാമിക്കും ഇടയിൽ ഫലപ്രദമായ ബോണ്ടിംഗ് നേടുന്നതിലുമാണ്.

ഡയറക്ട് അലുമിനിയം ബോണ്ടഡ് (DAB)

ദ്രാവകാവസ്ഥയിലുള്ള സെറാമിക്സുമായി അലൂമിനിയത്തിന്റെ നല്ല നനവ് സാധ്യത ഉപയോഗപ്പെടുത്തി, രണ്ടിന്റെയും ബോണ്ടിംഗ് സാധ്യമാക്കുന്നതിനാണ് ഡയറക്ട് അലൂമിനിയം കോട്ടിംഗ് രീതി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. താപനില 660 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിനു മുകളിൽ ഉയരുമ്പോൾ, ഖര അലൂമിനിയം ദ്രവീകരിക്കപ്പെടുന്നു. ദ്രാവക അലൂമിനിയം സെറാമിക് പ്രതലം നനച്ചതിനുശേഷം, താപനില കുറയുമ്പോൾ, സെറാമിക് പ്രതലത്തിൽ അലൂമിനിയം നൽകുന്ന ക്രിസ്റ്റൽ ന്യൂക്ലിയസുകൾ ക്രിസ്റ്റലൈസ് ചെയ്യപ്പെടുകയും വളരുകയും ചെയ്യുന്നു. മുറിയിലെ താപനിലയിലേക്ക് തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ, രണ്ടിന്റെയും സംയോജനം കൈവരിക്കുന്നു. അലൂമിനിയത്തിന്റെ ഉയർന്ന പ്രതിപ്രവർത്തനക്ഷമത കാരണം, ഉയർന്ന താപനിലയിൽ ഓക്സീകരണത്തിന് വിധേയമാകുകയും അലൂമിനിയം ദ്രാവകത്തിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ നിലനിൽക്കുന്ന ഒരു Al2O3 ഫിലിം രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് സെറാമിക് പ്രതലത്തിലെ അലൂമിനിയം ദ്രാവകത്തിന്റെ നനവ് ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുകയും ബോണ്ടിംഗ് നേടുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, ബോണ്ടിംഗിന് മുമ്പ് ഇത് നീക്കം ചെയ്യണം അല്ലെങ്കിൽ ഓക്സിജൻ രഹിത സാഹചര്യങ്ങളിൽ ബോണ്ടിംഗ് നടത്തണം. പെങ് റോങ് തുടങ്ങിയവർ [23,27] ഗ്രാഫൈറ്റ് മോൾഡ് ഡൈ-കാസ്റ്റിംഗ് രീതി സ്വീകരിച്ചു, ഇത് സമ്മർദ്ദത്തിൽ Al2O3 അടിവസ്ത്രത്തിന്റെയും AlN അടിവസ്ത്രത്തിന്റെയും പ്രതലങ്ങളിൽ ശുദ്ധമായ ഉരുകിയ അലൂമിനിയം വ്യാപിപ്പിക്കാൻ ഉപയോഗിച്ചു. Al2O3 ഫിലിമിന്റെ ദ്രാവകത കുറവായതിനാൽ, അത് പൂപ്പൽ അറയിൽ തന്നെ തുടർന്നു. തണുപ്പിച്ചതിനുശേഷം, നന്നായി ബന്ധിപ്പിച്ച ഒരു DAB അടിവസ്ത്രം ലഭിച്ചു.

ഡയറക്ട് പ്ലേറ്റഡ് കോപ്പർ (ഡിപിസി)

നേർത്ത ഫിലിം രീതി എന്നത് പ്രധാനമായും ഭൗതിക നീരാവി നിക്ഷേപവും (വാക്വം ബാഷ്പീകരണം, മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിംഗ് മുതലായവ) മറ്റ് സാങ്കേതിക വിദ്യകളും ഉപയോഗിച്ച് സെറാമിക്സിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു ലോഹ പാളി രൂപപ്പെടുത്തുകയും തുടർന്ന് ഒരു ലോഹ സർക്യൂട്ട് പാളി രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് മാസ്കിംഗ്, എച്ചിംഗ്, മറ്റ് പ്രവർത്തനങ്ങൾ എന്നിവ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണ്. അവയിൽ, ഭൗതിക നീരാവി നിക്ഷേപം ഏറ്റവും സാധാരണമായ നേർത്ത ഫിലിം നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയാണ്.