সিরামিক মিট মেটালাইজেশন টেকনোলজি: নতুন শক্তির যানবাহনের জন্য তাপ অপচয়ে একটি নতুন আপগ্রেড

"নতুন চারটি আধুনিকীকরণ" প্রবণতা দ্বারা চালিত, নতুন শক্তির যানবাহনে ইলেকট্রনিক সিস্টেমের কার্যকরী ঘনত্ব ক্রমাগত বৃদ্ধি পাচ্ছে, যার ফলে সেমিকন্ডাক্টর চিপগুলির শক্তি খরচের অনুরূপ বৃদ্ধি ঘটছে। লাইটওয়েটিং এবং উচ্চ ইন্টিগ্রেশন শিল্প উন্নয়নের প্রধান থিম হয়ে উঠছে, যখন তাপ অপচয় ধীরে ধীরে ইলেকট্রনিক ডিভাইসের স্থায়িত্ব এবং জীবনকালকে প্রভাবিত করে এমন একটি মূল বাধা হয়ে উঠছে।

এই পটভূমিতে, সিরামিক সামগ্রীগুলি, তাদের উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, নিরোধক এবং উচ্চ নির্ভরযোগ্যতা সহ, ধীরে ধীরে সামনে আসছে এবং সিরামিক ধাতবকরণ প্রযুক্তির সাথে গভীরভাবে একীভূত হচ্ছে, নতুন শক্তির যানবাহনের তাপ ব্যবস্থাপনা সমাধানের একটি গুরুত্বপূর্ণ মৌলিক উপাদান হয়ে উঠছে।

উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, কম অস্তরক ক্ষয়, ভাল নিরোধক, উচ্চ তাপ প্রতিরোধের, এবং চিপের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে মেলে এমন একটি তাপ সম্প্রসারণ সহগ-এর সমন্বয়ের কারণে সিরামিকগুলি পাওয়ার ডিভাইসগুলির জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্যাকেজিং উপাদান হয়ে উঠেছে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি বর্তমান উচ্চ শক্তির ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির জন্য ধাতব সিরামিক, ধাতব অ্যালুমিনা এবং ধাতব অ্যালুমিনা সিরামিকগুলিকে গুরুত্বপূর্ণ কাঠামোগত উপকরণ তৈরি করে৷

তাদের মধ্যে, অ্যালুমিনা সিরামিক উপাদান যেমন AlN এবং Al₂O₃, তাদের স্থিতিশীল শারীরিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, পাওয়ার মডিউল, LED প্যাকেজিং, রিলে এবং নতুন শক্তির গাড়ির পাওয়ার মডিউলগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। সিরামিক এবং ধাতব স্তরগুলির মধ্যে ইন্টারফেসের কার্যকারিতার ক্রমাগত উন্নতির সাথে, বৈদ্যুতিক গাড়ির তাপ অপচয়ে ধাতব সিরামিকের অনুপ্রবেশের হার বাড়তে থাকে।

যদিও সিরামিকগুলি চমৎকার নিরোধক এবং তাপীয় বৈশিষ্ট্য ধারণ করে, তারা পরিবাহী নয়। সার্কিট কার্যকারিতা অর্জন করতে, সিরামিক ধাতবকরণ প্রয়োজন। মেটালাইজেশন লেয়ারের শুধুমাত্র ভালো পরিবাহিতাই নয় বরং সিরামিকের সাথে দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ হতে হবে, তাপমাত্রা সাইকেল চালানো, যান্ত্রিক চাপ এবং দীর্ঘ-চার্জ বহনের মতো জটিল পরিস্থিতি সহ্য করে।

সিরামিক এবং ধাতুগুলিকে সরাসরি বন্ধন করা কঠিন হওয়ার মূল কারণ হল তাদের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য, তাপীয় প্রসারণের সহগ এবং আর্দ্রতার মধ্যে উল্লেখযোগ্য পার্থক্য। তাই, সিরামিক-থেকে-ধাতু রূপান্তর প্রক্রিয়ার জন্য সাধারণত ধাতুবিদ্যার প্রতিক্রিয়া, ইন্টারফেস মড্যুলেশন, বা পাতলা ফিল্মের ধাতবকরণের মাধ্যমে একটি স্থিতিশীল ইন্টারফেস কাঠামো নির্মাণের প্রয়োজন হয়।

বর্তমানে, সিরামিক ধাতবকরণ প্রধানত দুটি প্রধান বিভাগে পড়ে:

1. সলিড-স্টেট বন্ডিং মেটালাইজেশন প্রযুক্তি

এর মধ্যে রয়েছে ডাইরেক্ট কপার বন্ডিং (DBC), ডাইরেক্ট অ্যালুমিনিয়াম বন্ডিং, এবং পুরু-ফিল্ম পদ্ধতি। এই পদ্ধতিগুলি সিরামিক এবং ধাতুগুলির মধ্যে সরাসরি কঠিন-স্টেট বন্ডিং অর্জন করার চেষ্টা করে, তবে সিরামিকের সাথে সরাসরি প্রতিক্রিয়া করতে পারে এমন ধাতুগুলির ধরন সীমিত, এবং তাদের সাধারণত উচ্চ তাপমাত্রা এবং ভ্যাকুয়ামের মতো কঠোর অবস্থার প্রয়োজন হয়। প্রকৃত উৎপাদনে, স্থিতিশীল বন্ধন অর্জনের জন্য অতিরিক্ত ইন্টারফেস কন্ডিশনার সামগ্রীর প্রয়োজন হয়।

2. পাতলা-ফিল্ম মেটালাইজেশন ট্রানজিশন স্তর

স্পুটারিং, বাষ্পীভবন এবং ইলেক্ট্রোলেস প্লেটিংয়ের মাধ্যমে, সিরামিক পৃষ্ঠে ধাতব পাতলা ফিল্মগুলি তৈরি করা হয় যাতে আর্দ্রতা এবং ইন্টারফেস কাঠামো উন্নত হয়, পরবর্তী ধাতব স্তর জমা এবং ঢালাইয়ের জন্য প্রস্তুত হয়। এই ধরনের পদ্ধতি ব্যাপকভাবে ধাতব সিরামিক উপাদান, ধাতব অ্যালুমিনা সিরামিক এবং সিরামিক প্যাকেজিং-এ ব্যবহৃত হয় এবং এটি বিশেষভাবে উচ্চ-বিশ্বস্ততা এবং নির্ভুল ইলেকট্রনিক মডিউলের জন্য উপযুক্ত।

1. পুরু-ফিল্ম মেটালাইজেশন (TPC)

পুরু-ফিল্ম প্রযুক্তি একটি ফিল্ম তৈরি করতে পরিবাহী পেস্টের স্ক্রিন প্রিন্টিং এবং উচ্চ-তাপমাত্রা সিন্টারিং ব্যবহার করে। প্রক্রিয়া সহজ এবং ধাতব সিরামিক উপকরণ বিভিন্ন প্রযোজ্য. যাইহোক, তারের পাথ তারের জালের নির্ভুলতার দ্বারা সীমিত, এটিকে মাঝারি শক্তির প্রয়োজনীয়তা সহ বড়-আকারের ডিভাইসের জন্য উপযুক্ত করে তোলে, কিন্তু উচ্চ-নির্ভুল সিরামিক প্যাকেজিং বা সূক্ষ্ম অ্যালুমিনা সিরামিক মেশিনিংয়ের সাথে কম মানিয়ে যায়।

2. পাতলা ফিল্ম মেটালাইজেশন (TFC)

ভ্যাকুয়াম স্পুটারিং এবং বাষ্পীভবনের মতো বাষ্প জমা করার কৌশলগুলি ব্যবহার করে, সিরামিক পৃষ্ঠে একটি উচ্চ-ঘনত্বের ধাতব ফিল্ম তৈরি হয়। এটি শক্তিশালী আনুগত্য, ভাল কভারেজ এবং বিভিন্ন ধাতব পদার্থের ফিল্ম জমা করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। পাতলা ফিল্ম মেটালাইজেশন বিশেষভাবে উচ্চ-ঘনত্বের ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট, নির্ভুল সীসা কাঠামো এবং উচ্চ-বিশ্বস্ততা মেটালাইজড সিরামিকের জন্য উপযুক্ত, কিন্তু এর খরচ বেশি, যার জন্য পরবর্তী সূক্ষ্ম প্রক্রিয়া যেমন ফটোলিথোগ্রাফি এবং এচিংয়ের প্রয়োজন হয়।

3. ডাইরেক্ট কপার ল্যামিনেশন (DBC)

DBC একটি শক্তিশালী বন্ধন তৈরি করতে উচ্চ তাপমাত্রায় সিরামিকের সাথে তামার ফয়েল বিক্রিয়া করে, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এবং শক্তিশালী আনুগত্য সহ একটি ধাতব স্তর তৈরি করে। এর সুবিধাগুলির মধ্যে রয়েছে ভাল তাপ পরিবাহিতা, শক্তিশালী নিরোধক এবং উচ্চতর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, এটিকে পাওয়ার মডিউল এবং বৈদ্যুতিক যানবাহন ড্রাইভ সিস্টেমে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। যাইহোক, অপেক্ষাকৃত পুরু তামার ফয়েল পরবর্তী রাসায়নিক এচিং এর নির্ভুলতাকে সীমিত করে, অতি-সূক্ষ্ম সার্কিটের তৈরিকে সীমাবদ্ধ করে।

4. অ্যাক্টিভ মেটাল ব্রেজিং (AMB)

এএমবি একটি ভেজাযোগ্য ইন্টারফেস তৈরি করতে সিরামিকের সাথে সক্রিয় উপাদান সমন্বিত একটি সোল্ডার বিক্রিয়া করে ধাতব স্তর এবং সিরামিকের মধ্যে একটি উচ্চ-শক্তির বন্ধন অর্জন করে। এই প্রযুক্তিটি কার্যকরভাবে উচ্চ-তাপমাত্রার চাপকে পরিচালনা করে এবং মধ্য-থেকে-উচ্চ-পাওয়ার মডিউলগুলির জন্য একটি মূলধারার ধাতবকরণ পদ্ধতি, বিশেষত উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সিরামিক যেমন ধাতব AlN কাঠামোর জন্য উপযুক্ত।

5. কো-ফায়ারিং (HTCC/LTCC)

HTCC এবং LTCC একটি সমন্বিত কাঠামো গঠন করে{0}}অভ্যন্তরীণ ওয়্যারিং সহ সিরামিকের একাধিক স্তর ফায়ার করে, বহু-স্তরের সিরামিক প্যাকেজিংয়ের জন্য গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তি তৈরি করে৷ HTCC অ্যাপ্লিকেশনগুলি এর উচ্চ তাপমাত্রার কারণে হ্রাস পায়, যখন LTCC উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ-গতি যোগাযোগ এবং স্বয়ংচালিত ইলেকট্রনিক মডিউলগুলিতে এর কম ডাইইলেকট্রিক ক্ষতি এবং বহু-স্তর ওয়্যারিং অর্জন করার ক্ষমতার কারণে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

6. রাসায়নিক কলাই ধাতবকরণ

রাসায়নিক প্রলেপ প্রয়োগ করা কারেন্ট ছাড়াই একটি রাসায়নিক হ্রাস প্রক্রিয়ার মাধ্যমে একটি ধাতব স্তর জমা করে, এটিকে জটিল-আকৃতির ধাতব অ্যালুমিনিয়াম এবং অনিয়মিত অ্যালুমিনিয়াম সিরামিক মেশিনিং কাঠামোর জন্য কার্যকর করে তোলে। এর বন্ধনের শক্তি পৃষ্ঠের রুক্ষতার উপর নির্ভর করে, এটিকে স্থানীয় ধাতবকরণ বা উচ্চ-ঘনত্বের প্যাকেজিং প্রয়োজনীয়তার জন্য উপযুক্ত করে তোলে।

7. লেজার মেটালাইজেশন

লেজার হিটিং AlN পৃষ্ঠের তাপীয় পচন ঘটায়, সরাসরি একটি পরিবাহী ধাতব স্তর তৈরি করে। এই পদ্ধতিটি তার সহজ প্রক্রিয়া, কম খরচে এবং উচ্চ দক্ষতা দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, যা কিছু পাওয়ার ডিভাইসের দ্রুত ধাতবকরণের জন্য এটিকে উপযুক্ত করে তোলে।

1. উচ্চ-ভোল্টেজ ডিসি রিলে

ধাতব সিরামিক ব্যবহার করে ভ্যাকুয়াম রিলে একটি সিরামিক ইনসুলেশন কাঠামোর মাধ্যমে উচ্চ ভোল্টেজের অধীনে আর্ক-মুক্ত সুইচিং অর্জন করে, উল্লেখযোগ্যভাবে নির্ভরযোগ্যতা এবং নিরাপত্তার উন্নতি করে। তারা বৈদ্যুতিক আর্ক দ্বারা সৃষ্ট তাপীয় পলাতক প্রতিরোধে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। সিরামিক হাউজিং কাঠামো নিরোধক বজায় রাখা, বৈদ্যুতিক আর্ক নিয়ন্ত্রণ এবং বৈদ্যুতিক শক সহ্য করার ক্ষেত্রে অপরিবর্তনীয়।

2. IGBT এবং SiC MOSFET পাওয়ার মডিউল

সিরামিক কপার-ক্ল্যাড সাবস্ট্রেটগুলি (DBC/AMB) নতুন শক্তির যানের প্রধান ড্রাইভ ইনভার্টারগুলির জন্য তাদের উচ্চ নিরোধক, উচ্চ তাপ অপচয়, শক্তিশালী যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং চমৎকার তাপ সম্প্রসারণের জন্য একটি মূল উপাদান হিসাবে বিবেচিত হয়। AMB, বিশেষ করে, ধাতু স্তর এবং সিরামিক ইন্টারফেসের বন্ধন শক্তি এবং নির্ভরযোগ্যতার ক্ষেত্রে উৎকৃষ্ট, এবং এটি অনেকগুলি উচ্চ-পারফরম্যান্স পাওয়ার মডিউলগুলির জন্য মূলধারার পদ্ধতিতে পরিণত হয়েছে৷

3. LED প্যাকেজিং এবং স্বয়ংচালিত আলো

LED চিপগুলির বেশিরভাগ শক্তি তাপে রূপান্তরিত হয়, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সিরামিক সাবস্ট্রেট তৈরি করে, যেমন AlN, উচ্চ উজ্জ্বলতা এবং অতিবেগুনী LED-এর জন্য আদর্শ তাপ অপচয়ের উপকরণ। স্বয়ংচালিত আলোক ব্যবস্থার শক্তির ক্রমাগত বৃদ্ধির সাথে, ধাতব সিরামিকগুলি দ্রুত উচ্চ-শক্তির LED মডিউলগুলিতে প্রবেশ করছে৷

যদিও বিভিন্ন ধাতবকরণ পদ্ধতি রয়েছে, তবে খরচ, বন্ধন শক্তি, উৎপাদন স্থিতিশীলতা এবং বড়-উৎপাদন ক্ষমতার পরিপ্রেক্ষিতে বিভিন্ন প্রক্রিয়ার মধ্যে পার্থক্য রয়ে গেছে। কিভাবে উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সিরামিকের উপর একটি শক্তিশালী এবং শক্ত ধাতব স্তর তৈরি করা যায় এবং উচ্চ এবং নিম্ন তাপমাত্রা সাইকেল চালানোর সময় দীর্ঘ-নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করা সিরামিক মেটালাইজেশন প্রযুক্তিতে গভীর গবেষণার জন্য ভবিষ্যতের-মূল দিকনির্দেশ।

উচ্চ শক্তির ঘনত্ব, স্বায়ত্তশাসিত ড্রাইভিং কম্পিউটিং প্ল্যাটফর্ম এবং বৈদ্যুতিক ড্রাইভ সিস্টেমে ক্রমাগত আপগ্রেড সবই ড্রাইভ করবেধাতব সিরামিক, মেটালাইজড অ্যালুমিনা সিরামিক, সিরামিক প্যাকেজিং, এবং সূক্ষ্ম অ্যালুমিনা সিরামিক মেশিনিং অ্যাপ্লিকেশনের বিস্তৃত পরিসরে।