नए इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सबस्ट्रेट्स में हीरे का अनुप्रयोग

आधुनिक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक तकनीक तेजी से विकसित हो रही है, और इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम और उपकरण बड़े पैमाने पर एकीकरण, लघुकरण, उच्च दक्षता और उच्च विश्वसनीयता की दिशा में विकसित हो रहे हैं। इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के एकीकरण में वृद्धि से बिजली घनत्व में वृद्धि होगी, साथ ही इलेक्ट्रॉनिक घटकों द्वारा उत्पन्न गर्मी और प्रणाली के समग्र संचालन में वृद्धि होगी। इसलिए, प्रभावी पैकेजिंग को इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम की गर्मी लंपटता की समस्या को हल करना चाहिए।

अच्छा डिवाइस गर्मी अपव्यय अनुकूलित गर्मी अपव्यय संरचना डिजाइन, पैकेजिंग सामग्री चयन (थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री और गर्मी अपव्यय सब्सट्रेट), और पैकेजिंग निर्माण प्रक्रिया पर निर्भर करता है। उनमें से, सब्सट्रेट सामग्री का चयन एक महत्वपूर्ण लिंक है, जो डिवाइस की लागत, प्रदर्शन और विश्वसनीयता को सीधे प्रभावित करता है। सामान्यतया, इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सामग्री के अनुप्रयोग को दो बुनियादी प्रदर्शन आवश्यकताओं पर विचार करने की आवश्यकता होती है। तेजी से गर्मी हस्तांतरण प्राप्त करने के लिए पहली उच्च तापीय चालकता है और यह सुनिश्चित करता है कि चिप आदर्श तापमान स्थितियों के तहत स्थिर रूप से काम कर सके; उसी समय, पैकेजिंग सामग्री को विश्वसनीय होना चाहिए। समायोज्य थर्मल विस्तार गुणांक, ताकि चिप और पैकेजिंग सामग्री के सभी स्तरों के साथ मेल खाते रहें, और थर्मल तनाव के प्रतिकूल प्रभाव को कम करें। इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सामग्री का विकास ट्रैक इन दो गुणों का निरंतर सुधार और अनुकूलन है।

 

बेशक, नई पैकेजिंग सब्सट्रेट सामग्री को अन्य गुणों पर भी विचार करने की आवश्यकता है, जैसे उच्च प्रतिरोधकता, कम ढांकता हुआ स्थिरांक, ढांकता हुआ नुकसान, सिलिकॉन और गैलियम आर्सेनाइड के साथ अच्छा थर्मल मिलान, उच्च सतह सपाटता, अच्छा यांत्रिक गुण और औद्योगिक उत्पादन में आसानी और अन्य विशेषताएं , इसलिए विभिन्न देशों में अनुसंधान और विकास के लिए नई पैकेजिंग सब्सट्रेट सामग्री का चयन एक गर्म स्थान है। वर्तमान में, आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले कई पैकेजिंग सबस्ट्रेट्स में Al2O3 सिरेमिक, SiC सिरेमिक, AlN और अन्य सामग्री शामिल हैं।

 

1929 की शुरुआत में, जर्मन सीमेंस कंपनी ने सफलतापूर्वक Al2O3 सिरेमिक विकसित किया, लेकिन Al2O3 का थर्मल विस्तार गुणांक और ढांकता हुआ स्थिरांक Si सिंगल क्रिस्टल की तुलना में अधिक है, और तापीय चालकता पर्याप्त उच्च नहीं है, इसलिए Al2O3 सिरेमिक सबस्ट्रेट्स उच्च के लिए उपयुक्त नहीं हैं वीएलएसआई में उपयोग की जाने वाली आवृत्ति, बड़ी शक्ति।

 

इसके बाद, उच्च तापीय चालकता सिरेमिक सब्सट्रेट सामग्री SiC, AlN, SI3N4 और हीरे ने धीरे-धीरे बाजार में प्रवेश किया।

SiC सिरेमिक की तापीय चालकता बहुत अधिक है, और SiC क्रिस्टलीकरण की शुद्धता जितनी अधिक होगी, तापीय चालकता उतनी ही अधिक होगी; सीआईसी का सबसे बड़ा नुकसान यह है कि ढांकता हुआ स्थिरांक बहुत अधिक है और ढांकता हुआ ताकत कम है, इसलिए यह अपने उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों को सीमित करता है और केवल कम घनत्व पैकेजिंग के लिए उपयुक्त है।

 

AlN सामग्री में उत्कृष्ट ढांकता हुआ गुण और स्थिर रासायनिक गुण होते हैं, विशेष रूप से इसका थर्मल विस्तार गुणांक सिलिकॉन से मेल खाता है, ताकि इसका उपयोग सेमीकंडक्टर पैकेजिंग सब्सट्रेट सामग्री के रूप में किया जा सके, जिसमें विकास की बहुत संभावनाएं हों। हालांकि, तापीय चालकता कम है, और सेमीकंडक्टर पैकेजिंग में गर्मी लंपटता के लिए उच्च और उच्च आवश्यकताएं होती हैं, AlN सामग्री में एक निश्चित विकास अड़चन भी होती है।

 

अंत में, हीरा बाहर खड़ा था। हीरे में बहुत अच्छे व्यापक थर्मोफिजिकल गुण होते हैं। कमरे के तापमान पर इसकी तापीय चालकता {{0}}W/(m·K) है, और इसका तापीय विस्तार गुणांक 0.8×10-6/K है। सेमीकंडक्टर्स, ऑप्टिक्स आदि में इसकी बहुत संभावनाएं हैं। कई उत्कृष्ट गुण हैं, लेकिन पैकेजिंग सामग्री में एक हीरा बनाना आसान नहीं है, और लागत अधिक है।

 

मिश्रण नियम के अनुसार, Ag, Cu, Al और अन्य उच्च तापीय चालकता धातु मैट्रिक्स में हीरे के कणों को जोड़कर तैयार किए गए हीरे / धातु मैट्रिक्स सम्मिश्र से कम तापीय विस्तार गुणांक और उच्च तापीय दोनों के साथ एक नई प्रकार की इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सामग्री बनने की उम्मीद है। चालकता। तांबे की उत्कृष्ट विद्युत चालकता और उच्च तापीय चालकता के आधार पर, इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग के लिए एक सब्सट्रेट सामग्री के रूप में एक हीरे / तांबे की समग्र सामग्री विकसित की गई थी, और यह पुष्टि की गई थी कि हीरे / तांबे की समग्र सामग्री में अच्छी चढ़ाना और मिलाप है, जो इलेक्ट्रॉनिक को पूरा करती है पैकेजिंग सब्सट्रेट सामग्री को कम तापीय विस्तार गुणांक और उच्च तापीय चालकता की आवश्यकता होती है, और Mo/Cu मिश्र धातुओं की तुलना में, उनका घनत्व और हल्का वजन कम होता है।

 

इसलिए, डायमंड/कॉपर कंपोजिट्स में डायमंड को रीइन्फोर्सिंग फेज और कॉपर को मैट्रिक्स मटेरियल के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

सामग्री, उपकरणों आदि में तकनीकी समस्याओं के निरंतर सुधार के साथ, हीरा उच्च तापीय चालकता और अच्छी गर्मी लंपटता के साथ एक सब्सट्रेट सामग्री बन गया है। उच्च तापमान वातावरण में इसकी व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएँ हैं। बिजली घनत्व उपकरणों के लिए सबसे अच्छा अर्धचालक सामग्री, इसकी विशाल क्षमता अधिक से अधिक शोधकर्ताओं को खुद को समर्पित करने के लिए आकर्षित करती है। भविष्य के अर्धचालक उद्योग की जरूरतों को पूरा करने और अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सामग्री में जगह लेने के लिए हीरे की क्षमता धीरे-धीरे विकसित की जाएगी।