نئے الیکٹرانک پیکیجنگ سبسٹریٹس میں ڈائمنڈ کا اطلاق

جدید مائیکرو الیکٹرانکس ٹیکنالوجی تیزی سے ترقی کر رہی ہے، اور الیکٹرانک سسٹمز اور آلات بڑے پیمانے پر انضمام، مائنیچرائزیشن، اعلی کارکردگی، اور اعلی وشوسنییتا کی سمت میں ترقی کر رہے ہیں۔ الیکٹرانک سسٹمز کے انضمام میں اضافہ بجلی کی کثافت میں اضافے کے ساتھ ساتھ الیکٹرانک پرزوں سے پیدا ہونے والی گرمی اور نظام کے مجموعی آپریشن کا باعث بنے گا۔ لہذا، موثر پیکیجنگ کو الیکٹرانک سسٹمز کی گرمی کی کھپت کا مسئلہ حل کرنا چاہیے۔

اچھی ڈیوائس گرمی کی کھپت کا انحصار گرمی کی کھپت کے ڈھانچے کے ڈیزائن، پیکیجنگ میٹریل سلیکشن (تھرمل انٹرفیس میٹریل اور ہیٹ ڈسپیشن سبسٹریٹ)، اور پیکیجنگ مینوفیکچرنگ کے عمل پر ہوتا ہے۔ ان میں، سبسٹریٹ مواد کا انتخاب ایک کلیدی کڑی ہے، جو آلے کی لاگت، کارکردگی اور وشوسنییتا کو براہ راست متاثر کرتا ہے۔ عام طور پر، الیکٹرانک پیکیجنگ مواد کی درخواست دو بنیادی کارکردگی کی ضروریات پر غور کرنے کی ضرورت ہے. تیز حرارت کی منتقلی کو حاصل کرنے اور اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ چپ مثالی درجہ حرارت کے حالات میں مستحکم طور پر کام کر سکتی ہے، سب سے پہلے اعلی تھرمل چالکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، پیکیجنگ مواد قابل اعتماد ہونے کی ضرورت ہے. ایڈجسٹ تھرمل ایکسپینشن گتانک، تاکہ چپ اور پیکیجنگ مواد کی تمام سطحوں کے ساتھ مماثلت برقرار رہے، اور تھرمل تناؤ کے منفی اثرات کو کم کیا جا سکے۔ الیکٹرانک پیکیجنگ مواد کی ترقی کا ٹریک ان دو خصوصیات کی مسلسل بہتری اور اصلاح ہے۔

 

بلاشبہ، نئے پیکیجنگ سبسٹریٹ مواد کو دیگر خصوصیات پر بھی غور کرنے کی ضرورت ہے، جیسے کہ ہائی ریزسٹویٹی، کم ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ، ڈائی الیکٹرک نقصان، سلکان اور گیلیم آرسنائیڈ کے ساتھ اچھا تھرمل ملاپ، اونچی سطح کا چپٹا پن، اچھی مکینیکل خصوصیات اور صنعتی پیداوار میں آسانی اور دیگر خصوصیات۔ ، لہذا نئے پیکیجنگ سبسٹریٹ مواد کا انتخاب مختلف ممالک میں تحقیق اور ترقی کے لئے ایک گرم مقام ہے۔ اس وقت، کئی عام استعمال شدہ پیکیجنگ سبسٹریٹس میں Al2O3 سیرامکس، SiC سیرامکس، AlN اور دیگر مواد شامل ہیں۔

 

1929 کے اوائل میں، جرمن سیمنز کمپنی نے کامیابی کے ساتھ Al2O3 سیرامکس تیار کیے، لیکن Al2O3 کا تھرمل ایکسپینشن گتانک اور ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ Si سنگل کرسٹل سے زیادہ ہے، اور تھرمل چالکتا کافی زیادہ نہیں ہے، اس لیے Al2O3 سیرامک ​​سبسٹریٹس ہائی کے لیے موزوں نہیں ہیں۔ فریکوئنسی، بڑی طاقت، VLSI میں استعمال ہوتی ہے۔

 

اس کے بعد، اعلی تھرمل چالکتا سیرامک ​​سبسٹریٹ مواد SiC، AlN، SI3N4، اور ہیرے آہستہ آہستہ مارکیٹ میں داخل ہوئے۔

SiC سیرامکس کی تھرمل چالکتا بہت زیادہ ہے، اور SiC کرسٹلائزیشن کی پاکیزگی جتنی زیادہ ہوگی، تھرمل چالکتا اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ SiC کا سب سے بڑا نقصان یہ ہے کہ ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ بہت زیادہ ہے اور ڈائی الیکٹرک طاقت کم ہے، اس لیے یہ اس کی ہائی فریکوئنسی ایپلی کیشنز کو محدود کرتا ہے اور صرف کم کثافت کی پیکیجنگ کے لیے موزوں ہے۔

 

AlN مواد میں بہترین ڈائی الیکٹرک خصوصیات اور مستحکم کیمیائی خصوصیات ہیں، خاص طور پر اس کا تھرمل ایکسپینشن گتانک سلکان سے مماثل ہے، تاکہ اسے سیمی کنڈکٹر پیکیجنگ سبسٹریٹ میٹریل کے طور پر بڑی ترقی کے امکانات کے ساتھ استعمال کیا جا سکے۔ تاہم، تھرمل چالکتا کم ہے، اور چونکہ سیمی کنڈکٹر پیکیجنگ میں گرمی کی کھپت کے لیے زیادہ اور زیادہ تقاضے ہوتے ہیں، AlN مواد میں بھی ایک خاص ترقی کی رکاوٹ ہوتی ہے۔

 

آخر میں ہیرا نکل کھڑا ہوا۔ ہیرے میں بہت اچھی جامع تھرمو فزیکل خصوصیات ہیں۔ کمرے کے درجہ حرارت پر اس کی تھرمل چالکتا {{0}W/(m·K) ہے، اور اس کا تھرمل ایکسپینشن گتانک 0.8×10-6/K ہے۔ اس میں سیمی کنڈکٹرز، آپٹکس وغیرہ میں بڑی صلاحیت موجود ہے۔ بہت سی بہترین خصوصیات ہیں، لیکن ایک ہیرے کو پیکیجنگ مواد میں بنانا آسان نہیں ہے، اور اس کی قیمت زیادہ ہے۔

 

اختلاط کے اصول کے مطابق، Ag، Cu، Al اور دیگر اعلی تھرمل چالکتا میٹل میٹرکس میں ہیرے کے ذرات کو شامل کرکے تیار کردہ ڈائمنڈ/میٹل میٹرکس کمپوزٹ سے توقع ہے کہ کم تھرمل ایکسپینشن گتانک اور ہائی تھرمل دونوں کے ساتھ ایک نئی قسم کا الیکٹرانک پیکیجنگ مواد بن جائے گا۔ چالکتا بہترین برقی چالکتا اور تانبے کی اعلی تھرمل چالکتا کی بنیاد پر، ایک ہیرے/تانبے کے مرکب مواد کو الیکٹرانک پیکیجنگ کے لیے سبسٹریٹ مواد کے طور پر تیار کیا گیا تھا، اور اس بات کی تصدیق کی گئی تھی کہ ہیرے/تانبے کے مرکب مواد میں اچھی چڑھانا اور سولڈریبلٹی ہے، جو کہ الیکٹرانک پیکیجنگ کے لیے موزوں ہے۔ پیکیجنگ سبسٹریٹ میٹریل کو کم تھرمل توسیعی گتانک اور اعلی تھرمل چالکتا کی ضرورت ہوتی ہے، اور Mo/Cu مرکب کے مقابلے میں، ان کی کثافت کم اور وزن ہلکا ہوتا ہے۔

 

لہٰذا، ہیرے کے ساتھ ہیرے/تانبے کے مرکبات کو تقویت دینے والے مرحلے کے طور پر اور تانبے کو میٹرکس مواد کے طور پر چپ پیکنگ کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو الیکٹرانک آلات کے نظام کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتا ہے اور سامان کے وزن کو کم کرنے میں مدد کرتا ہے۔

مواد، آلات وغیرہ میں تکنیکی مسائل کی مسلسل بہتری کے ساتھ، ہیرا اعلی تھرمل چالکتا اور اچھی گرمی کی کھپت کے ساتھ سبسٹریٹ مواد بن گیا ہے۔ اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں اس کے وسیع اطلاق کے امکانات ہیں۔ بجلی کی کثافت والے آلات کے لیے بہترین سیمی کنڈکٹر مواد، اس کی بڑی صلاحیت زیادہ سے زیادہ محققین کو اپنی طرف متوجہ کرتی ہے۔ مستقبل کی سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی ضروریات کو پورا کرنے اور سیمی کنڈکٹر الیکٹرانک پیکیجنگ مواد میں جگہ بنانے کے لیے ہیرے کی صلاحیت کو بتدریج تیار کیا جائے گا۔