সিরামিক স্তরগুলির উপকরণ এবং বৈশিষ্ট্য

প্রযুক্তির অগ্রগতি এবং বিকাশের সাথে, অপারেটিং কারেন্ট, কাজের তাপমাত্রা এবং ডিভাইসে ফ্রিকোয়েন্সি ধীরে ধীরে আরও বেশি হচ্ছে। ডিভাইস এবং সার্কিটগুলির নির্ভরযোগ্যতা পূরণের জন্য, চিপ ক্যারিয়ারের জন্য উচ্চতর প্রয়োজনীয়তাগুলি সামনে রেখে দেওয়া হয়েছে। সিরামিক সাবস্ট্রেটগুলি এই ক্ষেত্রগুলিতে তাদের দুর্দান্ত তাপীয় বৈশিষ্ট্য, মাইক্রোওয়েভ বৈশিষ্ট্য, যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং উচ্চ নির্ভরযোগ্যতার কারণে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

বর্তমানে সিরামিক সাবস্ট্রেটে ব্যবহৃত প্রধান সিরামিক উপকরণগুলি হ'ল: অ্যালুমিনা (আল 2 ও 3), অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড (এএলএন), সিলিকন নাইট্রাইড (এসআই 3 এন 4), সিলিকন কার্বাইড (এসআইসি) এবং বেরিলিয়াম অক্সাইড (বিইও)।

উপাদান _	বিশুদ্ধতা	তাপ পরিবাহিতা )	_	_ _	_ _ _
_	_	_	_	_	_ অনেক বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশন
aln	99%	150	8.9	15	উচ্চতর পারফরম্যান্স, তবে উচ্চ ব্যয়
বিও	99%	310	6.4	10	পাউডার অত্যন্ত বিষাক্ত সহ ,
এসআই 3 এন 4	99%	106	9.4	100	অনুকূল সামগ্রিক পারফরম্যান্স
এসআইসি	99%	270	40	0.7	কেবলমাত্র কম ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ফিট করে

আসুন নিম্নরূপে সাবস্ট্রেটের জন্য এই 5 টি উন্নত সিরামিকের সংক্ষিপ্ত বৈশিষ্ট্যগুলি দেখুন:

1. অ্যালুমিনা (AL2O3)

AL2O3 হোমোজেনাস পলিক্রিস্টালগুলি 10 টিরও বেশি ধরণের পৌঁছাতে পারে এবং মূল স্ফটিক প্রকারগুলি নিম্নরূপ: α-AL2O3, β- AL2O3, γ-AL2O3 এবং ZTA-AL2O3। এর মধ্যে, α-AL2O3 এর সর্বনিম্ন ক্রিয়াকলাপ রয়েছে এবং এটি চারটি মূল স্ফটিক ফর্মগুলির মধ্যে সবচেয়ে স্থিতিশীল এবং এর ইউনিট সেলটি ষড়ভুজ স্ফটিক সিস্টেমের অন্তর্ভুক্ত একটি পয়েন্টযুক্ত rhombohedron। α- AL2O3 কাঠামো শক্ত, করুন্ডাম কাঠামো, সমস্ত তাপমাত্রায় স্থিরভাবে থাকতে পারে; যখন তাপমাত্রা 1000 ~ 1600 ° C এ পৌঁছে যায়, তখন অন্যান্য রূপগুলি অপরিবর্তনীয়ভাবে α-AL2O3 এ রূপান্তরিত হবে।

চিত্র 1: এসইএম এর অধীনে AL2O3 এর স্ফটিক মাইক্রোস্ট্রুচার

AL2O3 ভর ভগ্নাংশের বৃদ্ধি এবং সংশ্লিষ্ট গ্লাস ফেজ ভর ভগ্নাংশের হ্রাসের সাথে, AL2O3 সিরামিকের তাপীয় পরিবাহিতা দ্রুত বৃদ্ধি পায় এবং যখন AL2O3 ভর ভগ্নাংশ 99%এ পৌঁছে যায় তখন তার তাপীয় পরিবাহিতা দ্বিগুণ হয় যখন তার সাথে তুলনা করা হয় যখন ভর ভগ্নাংশটি হয় 90%।

যদিও AL2O3 এর ভর ভগ্নাংশ বাড়ানো সিরামিকের সামগ্রিক কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারে, তবে এটি সিরামিকগুলির সিন্টারিং তাপমাত্রাও বাড়িয়ে তোলে, যা পরোক্ষভাবে উত্পাদন ব্যয় বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে।

2. অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড (এএলএন)

এএলএন হ'ল রুর্টজাইট কাঠামো সহ এক ধরণের গ্রুপ ⅲ-ভি যৌগ। এর ইউনিট সেলটি ALN4 টেট্রহেড্রন, যা হেক্সাগোনাল স্ফটিক সিস্টেমের অন্তর্গত এবং এর শক্তিশালী কোভ্যালেন্ট বন্ড রয়েছে, সুতরাং এটিতে দুর্দান্ত যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং উচ্চ নমন শক্তি রয়েছে। তাত্ত্বিকভাবে, এর স্ফটিক ঘনত্বটি 3.2611g/সেমি 3, সুতরাং এটির উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা রয়েছে এবং খাঁটি ALN স্ফটিকের ঘরের তাপমাত্রায় 320W/(m · কে) এর তাপীয় পরিবাহিতা রয়েছে এবং গরম-চাপযুক্ত এএলএন এর তাপীয় পরিবাহিতা রয়েছে সাবস্ট্রেট 150W/(এম · কে) এ পৌঁছতে পারে, যা AL2O3 এর চেয়ে 5 গুণ বেশি। তাপীয় প্রসারণ সহগটি 3.8 × 10-6 ~ 4.4 × 10-6/℃, যা এসআই, এসআইসি এবং গাএএসের মতো অর্ধপরিবাহী চিপ উপকরণগুলির তাপীয় প্রসারণ সহগের সাথে ভালভাবে মিলছে।

চিত্র 2: অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের পাউডার

ALN সিরামিকগুলিতে AL2O3 সিরামিকের তুলনায় উচ্চতর তাপীয় পরিবাহিতা রয়েছে, যা ধীরে ধীরে উচ্চ-পাওয়ার পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স এবং অন্যান্য ডিভাইসগুলিতে উচ্চ তাপ পরিবহনের জন্য প্রয়োজনীয় অন্যান্য ডিভাইসে আল 2O3 সিরামিকগুলি প্রতিস্থাপন করে এবং এর বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। এলএনএন সিরামিকগুলি তাদের কম মাধ্যমিক বৈদ্যুতিন নির্গমন সহগের কারণে পাওয়ার ভ্যাকুয়াম ইলেকট্রনিক ডিভাইসের শক্তি বিতরণ উইন্ডোর জন্য পছন্দসই উপাদান হিসাবেও বিবেচিত হয়।

3. সিলিকন নাইট্রাইড (এসআই 3 এন 4)

SI3N4 হ'ল তিনটি স্ফটিক কাঠামো সহ একটি সমবায় বন্ডেড যৌগ: α-Si3n4, β-Si3n4, এবং γ-Si3n4। এর মধ্যে, α-Si3n4 এবং β-Si3n4 হ'ল ষড়ভুজ কাঠামো সহ সর্বাধিক সাধারণ স্ফটিক ফর্ম। একক স্ফটিক si3n4 এর তাপীয় পরিবাহিতা 400W/(m · k) এ পৌঁছতে পারে। যাইহোক, এর ফোনন হিট ট্রান্সফারের কারণে, প্রকৃত জালিতে শূন্যতা এবং স্থানচ্যুতির মতো জালির ত্রুটি রয়েছে এবং অমেধ্যগুলি ফোনন ছড়িয়ে ছিটিয়ে বাড়ার কারণ হয়ে দাঁড়ায়, সুতরাং প্রকৃত গুলি করা সিরামিকগুলির তাপীয় পরিবাহিতা কেবল প্রায় 20W/(এম · কে) হয় । অনুপাত এবং সিনটারিং প্রক্রিয়াটি অনুকূলকরণের মাধ্যমে, তাপীয় পরিবাহিতা 106W/(এম · কে) এ পৌঁছেছে। এসআই 3 এন 4 এর তাপীয় প্রসারণ সহগ প্রায় 3.0 × 10-6/ সেন্টিগ্রেড, যা এসআই, এসআইসি এবং গাএএস উপকরণগুলির সাথে ভালভাবে মিলছে, এসআই 3 এন 4 সিরামিকগুলি উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা বৈদ্যুতিন ডিভাইসের জন্য একটি আকর্ষণীয় সিরামিক সাবস্ট্রেট উপাদান তৈরি করে।

চিত্র 3: সিলিকন নাইট্রাইডের পাউডার

বিদ্যমান সিরামিক স্তরগুলির মধ্যে, এসআই 3 এন 4 সিরামিক সাবস্ট্রেটগুলি উচ্চতর কঠোরতা, উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি, উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের এবং তাপীয় স্থায়িত্ব, কম ডাইলেট্রিক ধ্রুবক এবং ডাইলেট্রিক ক্ষতি, প্রতিরোধের এবং জারা প্রতিরোধের মতো দুর্দান্ত বৈশিষ্ট্য সহ সেরা সিরামিক উপকরণ হিসাবে বিবেচিত হয়। বর্তমানে এটি আইজিবিটি মডিউল প্যাকেজিংয়ে পছন্দসই এবং ধীরে ধীরে AL2O3 এবং ALN সিরামিক স্তরগুলি প্রতিস্থাপন করে।

4. সিলিকন কার্বাইড (sic)

একক স্ফটিক সিক তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর উপাদান হিসাবে পরিচিত, যা বৃহত ব্যান্ড ফাঁক, উচ্চ ব্রেকডাউন ভোল্টেজ, উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা এবং উচ্চ ইলেকট্রন স্যাচুরেশন গতির সুবিধা রয়েছে।

এর প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ানোর জন্য এসআইসিতে অল্প পরিমাণে বিও এবং বি 2 ও 3 যুক্ত করে এবং তারপরে 1900 এর উপরে তাপমাত্রায় সংশ্লিষ্ট সিনটারিং অ্যাডিটিভগুলি যুক্ত করে hot হট প্রেসিং সিনটারিং ব্যবহার করে আপনি সিক সিরামিকের 98% এরও বেশি ঘনত্ব প্রস্তুত করতে পারেন। বিভিন্ন সিনটারিং পদ্ধতি এবং অ্যাডিটিভ দ্বারা প্রস্তুত বিভিন্ন বিশুদ্ধতার সাথে সিক সিরামিকের তাপীয় পরিবাহিতা হ'ল ঘরের তাপমাত্রায় 100 ~ 490W/(এম · কে)। যেহেতু এসআইসি সিরামিকগুলির ডাইলেট্রিক ধ্রুবকটি খুব বড়, এটি কেবল স্বল্প-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত, এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত নয়।

5. বেরিলিয়া (বিও)

বিইও হ'ল রুর্টজাইট কাঠামো এবং সেলটি কিউবিক স্ফটিক সিস্টেম। এর তাপীয় পরিবাহিতা খুব বেশি, 99% বিও সিরামিকের বিও ভর ভগ্নাংশ, ঘরের তাপমাত্রায়, এর তাপীয় পরিবাহিতা (তাপীয় পরিবাহিতা) 310W/(এম · কে) পৌঁছাতে পারে, একই বিশুদ্ধতা AL2O3 সিরামিকের তাপীয় পরিবাহিতা প্রায় 10 গুণ। কেবল খুব উচ্চ তাপ স্থানান্তর ক্ষমতাই নয়, তবে কম ডাইলেট্রিক ধ্রুবক এবং ডাইলেট্রিক ক্ষতি এবং উচ্চ নিরোধক এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যও রয়েছে, বিও সিরামিকগুলি উচ্চ-শক্তি ডিভাইস এবং উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা প্রয়োজন সার্কিটগুলির প্রয়োগের ক্ষেত্রে পছন্দসই উপাদান।

চিত্র 5: বেরিলিয়ার স্ফটিক কাঠামো

বিওর উচ্চ তাপীয় পরিবাহিতা এবং কম ক্ষতির বৈশিষ্ট্যগুলি অন্যান্য সিরামিক উপকরণগুলির দ্বারা এতটা অতুলনীয়, তবে বিওওর খুব স্পষ্ট ত্রুটি রয়েছে এবং এর গুঁড়ো অত্যন্ত বিষাক্ত।

বর্তমানে চীনে সাধারণত ব্যবহৃত সিরামিক সাবস্ট্রেট উপকরণগুলি মূলত AL2O3, ALN এবং SI3N4। এলটিসিসি প্রযুক্তি দ্বারা তৈরি সিরামিক সাবস্ট্রেট ত্রিমাত্রিক কাঠামোর মধ্যে প্রতিরোধক, ক্যাপাসিটার এবং সূচকগুলির মতো প্যাসিভ উপাদানগুলিকে সংহত করতে পারে। মূলত সক্রিয় ডিভাইসগুলির সেমিকন্ডাক্টরগুলির সংহতকরণের বিপরীতে, এলটিসিসিতে উচ্চ ঘনত্ব 3 ডি আন্তঃসংযোগের তারের ক্ষমতা রয়েছে।