सिरॅमिक सब्सट्रेट पृष्ठभागांवरील धातूकरण संशोधनाची सद्यस्थिती आणि कल

नंतरसिरॅमिकसबस्ट्रेटचे सिंटरिंग करून त्याला आकार दिला जातो, त्याच्या पृष्ठभागावर मेटॅलायझेशन करणे आवश्यक असते, आणि नंतर सिरॅमिक सबस्ट्रेटची विद्युत जोडणीची कार्यक्षमता साध्य करण्यासाठी इमेज ट्रान्सफरद्वारे पृष्ठभागावर नमुना तयार केला जातो. सिरॅमिक सबस्ट्रेटच्या निर्मितीमध्ये पृष्ठभागाचे मेटॅलायझेशन हा एक महत्त्वाचा टप्पा आहे. याचे कारण असे की, उच्च तापमानात धातूंची सिरॅमिक पृष्ठभागांशी जुळण्याची क्षमता ही धातू आणि सिरॅमिक्समधील बंध शक्ती ठरवते. चांगली बंध शक्ती ही एलईडी पॅकेजिंगच्या कार्यक्षमतेच्या स्थिरतेसाठी एक महत्त्वाची हमी आहे. सध्या, सिरॅमिक पृष्ठभागांवरील सामान्य मेटॅलायझेशन पद्धतींचे ढोबळमानाने काही प्रकारांमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते, ज्यात को-बर्निंग पद्धती (HTCC आणि LTCC), थिक फिल्म पद्धत (TFC), डायरेक्ट कॉपर डिपॉझिशन पद्धत (DBC), डायरेक्ट ॲल्युमिनियम डिपॉझिशन पद्धत (DBA), आणि थिन फिल्म पद्धत (DPC) यांचा समावेश आहे.

सह-भट्टी पद्धत (HTCC/LTCC)

को-फायरिंग पद्धतींचे दोन प्रकार आहेत: एक म्हणजे उच्च-तापमान को-फायरिंग (HTCC), आणि दुसरा म्हणजे कमी-तापमान को-फायरिंग (LTCC). दोन्हीची प्रक्रिया प्रवाह मुळात सारखीच आहे. मुख्य उत्पादन प्रक्रिया प्रवाहांमध्ये स्लरी तयार करणे, कास्टिंग आणि पट्ट्या तयार करणे, ग्रीन बॉडी सुकवणे, थ्रू होल ड्रिलिंग, स्क्रीन प्रिंटिंग आणि छिद्रे भरणे, स्क्रीन प्रिंटिंग सर्किट्स, लेयरिंग आणि सिंटरिंग, आणि अंतिम स्लाइसिंग व इतर पोस्ट-ट्रीटमेंट प्रक्रिया यांचा समावेश होतो. ॲल्युमिना पावडर सेंद्रिय बाइंडरमध्ये मिसळून स्लरी तयार केली जाते, आणि नंतर स्क्रॅपरने स्लरीवर प्रक्रिया करून तिचे शीटमध्ये रूपांतर केले जाते. सुकल्यानंतर, एक सिरॅमिक ग्रीन बॉडी तयार होते [10]. त्यानंतर, डिझाइनच्या आवश्यकतेनुसार, ग्रीन बॉडीवर थ्रू होलवर प्रक्रिया केली जाते आणि त्यात धातूची पावडर भरली जाते. स्क्रीन प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाने ग्रीन बॉडीच्या पृष्ठभागावर एका रेषेच्या नमुन्याचे कोटिंग केले जाते. शेवटी, प्रत्येक थरातील ग्रीन बॉडी एकावर एक रचून दाबल्या जातात, आणि नंतर को-फायरिंग फर्नेसमध्ये सिंटर करून त्यांना आकार दिला जातो. जरी दोन को-फायरिंग पद्धतींची प्रक्रिया साधारणपणे सारखीच असली तरी, सिंटरिंग तापमानात मोठी तफावत असते. HTCC साठी को-फायरिंग तापमान १३०० ते १६००℃ असते, तर LTCC साठी सिंटरिंग तापमान ८५० ते ९००℃ असते. या फरकाचे मुख्य कारण हे आहे की, LTCC सिंटरिंग स्लरीमध्ये काचेचे पदार्थ असतात जे सिंटरिंग तापमान कमी करू शकतात, आणि हे पदार्थ HTCC को-फायर्ड स्लरीमध्ये नसतात. काचेचे पदार्थ सिंटरिंग तापमान कमी करू शकत असले तरी, त्यामुळे सब्सट्रेटच्या औष्णिक वाहकतेत लक्षणीय घट होते.

जाड फिल्म सिरेमिक (टीएफसी)

थिक फिल्म पद्धत म्हणजे अशी उत्पादन प्रक्रिया आहे, ज्यामध्ये स्क्रीन प्रिंटिंगद्वारे वाहक पेस्ट थेट सिरॅमिक सब्सट्रेटवर लेपित केली जाते आणि नंतर उच्च-तापमान सिंटरिंगद्वारे धातूचा थर सिरॅमिक सब्सट्रेटला घट्ट चिकटवला जातो. थिक-फिल्म कंडक्टर स्लरीची निवड हा थिक-फिल्म प्रक्रिया निश्चित करणारा एक महत्त्वाचा घटक आहे. ती कार्यात्मक टप्पा (म्हणजे, २μm पेक्षा कमी कणांच्या आकाराची धातूची पावडर), बंधक टप्पा (बाइंडर) आणि सेंद्रिय वाहक यांनी बनलेली असते. सामान्य धातूंच्या पावडरमध्ये Au, Pt, Au/Pt, Au/Pd, Ag, Ag/Pt, Ag/Pd, Cu, Ni, Al आणि W यांचा समावेश होतो, त्यापैकी Ag, Ag/Pd आणि Cu स्लरी सर्वात सामान्य आहेत. बाइंडर सामान्यतः काचेचे साहित्य, धातू ऑक्साईड किंवा दोन्हींचे मिश्रण असते. त्याचे कार्य सिरॅमिक आणि धातूला जोडणे आणि थिक फिल्म स्लरीचे मूळ सिरॅमिकला चिकटणे निश्चित करणे हे आहे. थिक फिल्म स्लरीच्या उत्पादनासाठी ही एक गुरुकिल्ली आहे. सेंद्रिय वाहकाचे मुख्य कार्य म्हणजे कार्यात्मक टप्पा आणि बंधक टप्पा विखुरणे, तसेच त्यानंतरच्या स्क्रीन प्रिंटिंगची तयारी करण्यासाठी जाड फिल्म स्लरीची विशिष्ट चिकटपणा टिकवून ठेवणे. सिंटरिंग प्रक्रियेदरम्यान ते हळूहळू बाष्पीभवन पावते.

डायरेक्ट बॉन्डेड कॉपर (डीबीसी)

डीबीसी (DBC) ही सिरॅमिक पृष्ठभागांवर (मुख्यतः Al2O3 आणि AlN) तांब्याच्या फॉइलला जोडण्याची एक धातुरूपीकरण पद्धत आहे. चिप ऑन बोर्ड (COB) पॅकेजिंग तंत्रज्ञानाच्या उदयानंतर विकसित झालेली ही एक नवीन प्रक्रिया आहे. याचे मूलभूत तत्त्व म्हणजे तांबे (Cu) आणि सिरॅमिक्सच्या मध्ये ऑक्सिजनचे घटक आणणे, आणि नंतर १०६५ ते १०८३℃ तापमानात एक Cu/O युटेक्टिक द्रव अवस्था तयार करणे. ही अवस्था नंतर सिरॅमिक मॅट्रिक्स आणि तांब्याच्या फॉइलसोबत अभिक्रिया करून CuAlO2 किंवा Cu(AlO2)2 तयार करते, आणि या मध्यवर्ती अवस्थेच्या प्रभावाखाली तांब्याची फॉइल मॅट्रिक्सला जोडली जाते. AlN हे नॉन-ऑक्साइड सिरॅमिक्सच्या प्रकारात मोडत असल्यामुळे, त्याच्या पृष्ठभागावर तांब्याचे कोटिंग करण्याचे रहस्य म्हणजे त्याच्या पृष्ठभागावर Al2O3 चा एक संक्रमण थर तयार करणे, आणि या संक्रमण थराच्या प्रभावाखाली तांब्याची फॉइल व मूळ सिरॅमिक यांच्यात प्रभावी बंधन साधणे हे आहे.

डायरेक्ट अॅल्युमिनियम बॉन्डेड (DAB)

थेट ॲल्युमिनियम कोटिंग पद्धत द्रव अवस्थेतील ॲल्युमिनियमच्या सिरॅमिक्सवरील चांगल्या ओलेपणाचा फायदा घेऊन दोघांचे बंधन साधते. जेव्हा तापमान ६६०℃ च्या वर जाते, तेव्हा घन ॲल्युमिनियम द्रवरूप होते. द्रव ॲल्युमिनियम सिरॅमिकच्या पृष्ठभागाला ओले केल्यानंतर, तापमान कमी झाल्यावर, सिरॅमिकच्या पृष्ठभागावर ॲल्युमिनियमद्वारे प्रदान केलेले स्फटिक केंद्रके स्फटिकीकरण होऊन वाढतात. खोलीच्या तापमानापर्यंत थंड केल्यावर, दोघांचे संयोजन साधले जाते. ॲल्युमिनियमच्या उच्च अभिक्रियाशीलतेमुळे, उच्च तापमानात त्याचे ऑक्सिडीकरण होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे ॲल्युमिनियम द्रवाच्या पृष्ठभागावर Al2O3 चा थर तयार होतो. हा थर सिरॅमिकच्या पृष्ठभागावरील ॲल्युमिनियम द्रवाचा ओलेपणा लक्षणीयरीत्या कमी करतो आणि बंधन साधणे कठीण करतो. म्हणून, बंधन साधण्यापूर्वी तो थर काढून टाकला पाहिजे किंवा ऑक्सिजन-मुक्त परिस्थितीत बंधन साधले पाहिजे. पेंग रोंग आणि इतरांनी [२३,२७] दाब देऊन Al2O3 सबस्ट्रेट आणि AlN सबस्ट्रेटच्या पृष्ठभागांवर शुद्ध वितळलेले ॲल्युमिनियम पसरवण्यासाठी ग्रॅफाइट मोल्ड डाय-कास्टिंगची पद्धत वापरली. Al2O3 फिल्मच्या प्रवाहीपणाच्या अभावामुळे, ती मोल्ड कॅव्हिटीमध्येच राहिली. थंड झाल्यावर, एक चांगल्या प्रकारे जोडलेला DAB सबस्ट्रेट मिळाला.

थेट प्लेटेड तांबे (डीपीसी)

थिन-फिल्म पद्धत ही एक प्रक्रिया आहे, ज्यामध्ये प्रामुख्याने फिजिकल व्हेपर डिपॉझिशन (जसे की व्हॅक्यूम इव्हॅपोरेशन, मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग, इत्यादी) आणि इतर तंत्रांचा वापर करून सिरॅमिक्सच्या पृष्ठभागावर धातूचा थर तयार केला जातो, आणि नंतर मास्किंग, एचिंग व इतर क्रियांद्वारे धातूचा सर्किट थर तयार केला जातो. त्यापैकी, फिजिकल व्हेपर डिपॉझिशन ही थिन-फिल्म निर्मितीची सर्वात सामान्य प्रक्रिया आहे.