بنیادی سیمی کنڈکٹر پراسیس جیسے کہ اینچنگ، پتلی-فلم جمع کرنا، اور آئن امپلانٹیشن میں، آلات کے اندر موجود اجزاء کو انتہائی پلازما ماحول، ہائی وولٹیجز، سنکنار گیسوں، اور بار بار تھرمل سائیکلنگ کے تحت طویل مدت تک مستحکم طور پر کام کرنا چاہیے۔ اعلی درجے کے سیرامک مواد جیسے ایلومینا، ایلومینیم نائٹرائڈ، سلکان کاربائیڈ، اور سلکان نائٹرائڈ، اپنی اعلی سختی، اعلی مزاحمتی صلاحیت، بہترین پلازما کٹاؤ مزاحمت، اور اچھی تھرمل مماثلت کے ساتھ، ناقابل تبدیل کلیدی مواد بن گئے ہیں۔ تاہم، ان کی زیادہ سختی، زیادہ ٹوٹ پھوٹ، اور کم فریکچر سختی بھی مینوفیکچرنگ چیلنجز کا باعث بنتی ہے۔ مزید برآں، جیسے جیسے نیچے کی دھارے کی صنعت چھوٹے بنانے، انضمام اور ملٹی فنکشنلٹی کی طرف بڑھ رہی ہے، سیمی کنڈکٹر سیرامکس کے لیے شکل کے تقاضے سادہ پلیٹوں، بلاکس، اور سلاخوں سے پیچیدہ ڈھانچے جیسے بے قاعدہ شکلیں، غیر محفوظ خصوصیات، پتلی دیواریں، اور پیچیدہ خمیدہ سطحوں تک تیار ہو گئے ہیں۔ سیمی کنڈکٹر کے سامان کے لیے درکار عام پیچیدہ-سیرامک اجزاء کی مثالیں شامل ہیں:
(1) الیکٹرو سٹیٹک چکس (ESC): جس میں ہائی-کثافت مائیکرو-ہول اری، پیچیدہ گیس چینل کے راستے، اور مائیکرو-بمپ ارییں یکساں ویفر سپورٹ کے لیے ہوتی ہیں۔
(2) اینچ چیمبر کی موصلیت کے اجزاء: جیسے گیس شاور ہیڈز، فوکس رِنگز، انسولیٹنگ رِنگز، وغیرہ، جن میں اکثر خمیدہ پروفائلز، غیر-یکساں موٹائی والے فلینج ڈھانچے، بڑی تعداد میں باریک مائیکرو-سوراخ، اور بے ترتیب کنکشن گرووز ہوتے ہیں۔
(3) درست سینسر ہاؤسنگز: پتلی دیواروں کے ساتھ، بند یا نیم-بند اندرونی گہا، تھریڈڈ انٹرفیس، اور چھوٹے لیڈ ہولز وغیرہ۔
یہ پیچیدہ شکلیں سیرامک مینوفیکچرنگ کے عمل پر سخت تقاضے عائد کرتی ہیں جو روایتی ساختی حصوں سے کہیں آگے ہیں۔ درج ذیل حصے تین اہم مراحل میں تکنیکی چیلنجوں اور ممکنہ حل کا تجزیہ کرتے ہیں: تشکیل، سنٹرنگ، اور درستگی سے متعلق مشینی۔
1. تشکیل دینا
تشکیل کرنا پیچیدہ-شکل والے سیمی کنڈکٹر سیرامکس بنانے کا پہلا اہم مرحلہ ہے۔ اجزاء جیسے الیکٹرو سٹیٹک چک، اینچ چیمبر کے موصلیت کے پرزے، اور درست سینسر ہاؤسنگ کے لیے یکساں اندرونی ساخت اور قریب-نیٹ شکل کی درستگی کی ضرورت ہوتی ہے۔ روایتی بنانے کے طریقے جیسے ڈرائی پریسنگ اور سلپ کاسٹنگ مولڈ جیومیٹری کے ذریعہ محدود ہیں اور پیچیدہ شکلوں کے متنوع، انفرادی تقاضوں کو پورا نہیں کرسکتے ہیں۔ مزید برآں، پیچیدہ-شکل والے سبز جسموں کی تشکیل کے دوران، مختلف خطوں میں ناہموار لوڈنگ اور بھرنے کی رفتار اکثر غیر-یکساں کثافت کی تقسیم، جہتی انحراف، ڈیلامینیشن، اور ڈیمولڈنگ کے دوران تناؤ کے ارتکاز کی وجہ سے کریکنگ کا باعث بنتی ہے۔ فی الحال، پیچیدہ-شکل والے سیمی کنڈکٹر سیرامکس کے لیے موزوں بنانے کے اہم عمل میں شامل ہیں:
1.1 جیل کاسٹنگ
اس عمل میں کم-viscosity، زیادہ-ٹھوس-سیرامک سلوری کو مولڈ میں لوڈ کرنا، نامیاتی مونومر، کراس لنکرز، اور انیشی ایٹرز کو شامل کرنا-سیٹو پولیمرائزیشن اور گرین باڈی بنانے کے لیے شامل ہے۔ یہ براہ راست پیچیدہ-شکل والے حصے بنا سکتا ہے، اور سبز جسم خشک ہونے اور سنٹرنگ کے دوران کم سے کم اخترتی کو ظاہر کرتا ہے، جس کے نتیجے میں اعلی جہتی درستگی اور بعد میں مشینی اخراجات میں کمی واقع ہوتی ہے۔ ان-سیٹو پولیمرائزیشن تین جہتی نیٹ ورک میں سیرامک ذرات کو یکساں طور پر منتشر اور متحرک کرتی ہے، ذرہ تلچھٹ یا غیر مساوی تقسیم کی وجہ سے ہونے والے کثافت کے میلان سے بچتے ہوئے، یہ خاص طور پر بڑے-سائز، پتلے{10}}دیواروں والے کمپلیکس کے لیے موزوں بناتی ہے۔
1.2 سرامک انجکشن مولڈنگ (CIM)
CIM بھی ایک قریب-نیٹ شکل کا عمل ہے۔ اس طریقہ کار میں سیرامک پاؤڈر کو آرگینک بائنڈرز اور پلاسٹائزرز کے ساتھ ملا کر فیڈ اسٹاک بنانا، اسے پگھلی ہوئی حالت میں گرم کرنا، اسے دھات کے سانچے میں دباؤ کے تحت انجیکشن لگانا، ٹھنڈا کرنے کے لیے ٹھنڈا کرنا، ڈیمولڈنگ کرنا، پھر ڈیبائنڈنگ اور حتمی پروڈکٹ حاصل کرنے کے لیے سنٹرنگ شامل ہے۔ روایتی پرچی کاسٹنگ کے مقابلے میں، CIM ساختی علیحدگی سے گریز کرتے ہوئے، ایک سخت سانچے میں دبائے ہوئے پلاسٹکائز مواد کا استعمال کرتا ہے۔ خشک دبانے کے مقابلے میں، CIM بہاؤ بھرنے، کثافت پر قابو پانے، مائیکرو اسٹرکچر، اور کارکردگی میں غیر ہم آہنگی کی وجہ سے زیادہ یکساں سبز کثافت فراہم کرتا ہے۔ یہ پیچیدہ شکلوں کے ساتھ چھوٹے، اعلی-کارکردگی والے پرزوں کی لاگت سے-موثر پیداوار کے لیے موزوں ہے، جیسے سینسر ہاؤسنگ اور چھوٹے موصلی حلقے۔
1.3 Isostatic پریسنگ
محور ہم آہنگی والے پیچیدہ حصوں جیسے فوکس رِنگز کے لیے، آئسوسٹیٹک پریسنگ کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ پاؤڈر کو ایک لچکدار سانچے میں بند کیا جاتا ہے اور ایک ہائی پریشر برتن کے اندر مائع یا گیسی میڈیم میں ڈبو دیا جاتا ہے۔ ایک بیرونی دباؤ کا نظام (مثال کے طور پر، ایک ہائیڈرولک پمپ) مائع پر زیادہ دباؤ کا اطلاق کرتا ہے۔ چونکہ مائع یا گیس ناقابل تسخیر ہے، دباؤ مولڈ کے اندر مادی سطح پر یکساں طور پر منتقل ہوتا ہے، تمام سمتوں میں یکساں دباؤ حاصل کرتا ہے اور دباؤ کے میلان کی وجہ سے کثافت کی ناہمواری سے بچتا ہے۔
1.4 3D پرنٹنگ
انتہائی پیچیدہ اندرونی چینلز والے حصوں کے لیے (مثال کے طور پر، کولنگ سرکٹس کے ساتھ ESC پروٹو ٹائپس)، ڈیجیٹل لائٹ پروسیسنگ (DLP) یا براہ راست انک رائٹنگ روایتی سانچوں کے ساتھ ایک دوسرے سے جڑے ہوئے چینلز کو ناممکن بنا سکتی ہے۔ تاہم، یہ ٹیکنالوجی فی الحال سلوری کی کم ٹھوس لوڈنگ کے ذریعے محدود ہے، جس کے نتیجے میں کم سنٹرڈ کثافت اور بڑا سکڑ جاتا ہے۔
2. سینٹرنگ
سائنٹرنگ سبز جسم کو ایک گھنے سیرامک میں تبدیل کر دیتی ہے، عام طور پر اس کے ساتھ 15-25% لکیری سکڑ جاتا ہے۔ پیچیدہ-شکل والے حصوں کے لیے، موٹائی کی مختلف حالتیں انیسوٹروپک سکڑنے کا سبب بنتی ہیں۔ غیر-درجہ حرارت یا تناؤ کے شعبوں کے ساتھ مل کر، یہ خصوصیت کی جہتی درستگی کو کم کر سکتا ہے اور، زیادہ شدید طور پر، وارپنگ، کریکنگ، یا گرنے کا سبب بن سکتا ہے۔ لہذا، sintering کے عمل کی اصلاح سکڑنے کی شرح کے فرق کو کم کرنے، غیر معمولی اناج کی افزائش کو دبانے، درجہ حرارت کے میدان کو ہم آہنگ کرنے، اور تھرمل تناؤ کو کم کرنے پر مرکوز ہے۔ پیچیدہ شکلوں کے لیے موزوں sintering طریقوں میں شامل ہیں:
2.1 گرم دبانا
sintering کے دوران سبز جسم پر uniaxial یا isostatic دباؤ کا اطلاق اضافی کثافت کی قوت فراہم کرتا ہے، sintering کے درجہ حرارت کو کم کرتا ہے، غیر معمولی اناج کی نشوونما کو دباتا ہے، اور پیچیدہ خصوصیت کی شکلوں کو برقرار رکھنے میں مدد کرتا ہے۔ الیکٹرو اسٹاٹک چک اور شاور ہیڈز کے لیے موزوں ہے۔
2.2 گیس پریشر سنٹرنگ
ہائی-درجہ حرارت کے دوران غیر فعال گیس (مثلاً، نائٹروجن) کا دباؤ ڈالنا مواد کی سڑن اور اتار چڑھاؤ کو روکتا ہے، بند پورسٹی کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے، اور گیسی میڈیم کی وجہ سے مواد کی سطح پر یکساں دباؤ کو یقینی بناتا ہے۔ sintering پیچیدہ-کی شکل کے سیرامک اجزاء کے لیے موزوں ہے۔
2.3 اسپارک پلازما سینٹرنگ (SPS)
ایس پی ایس کے دوران، ایک پلسڈ ڈی سی کرنٹ فوری طور پر چنگاری پلازما پیدا کرتا ہے، جس سے یکساں جول ہیٹنگ ہوتی ہے اور انفرادی ذرات کی سطح ایکٹیویشن ہوتی ہے۔ چونکہ مختلف موٹائیوں میں کثافت تقریبا ایک ساتھ ہوتی ہے اور درجہ حرارت کا میدان انتہائی یکساں ہوتا ہے، SPS سکڑنے کی شرح میں فرق کو بہت کم کرتا ہے۔ تاہم، موجودہ حد چیمبر کا سائز ہے، جو اسے سینسر ہاؤسنگ یا چھوٹے موصلی حصوں کے لیے موزوں بناتی ہے۔
2.4 مائکروویو سینٹرنگ
مائیکرو ویو sintering ایک برقی مقناطیسی فیلڈ کا استعمال کرتے ہوئے مواد کے اندر الیکٹران، آئنوں، یا ڈوپولز کے پولرائزیشن کو آمادہ کرتا ہے، مائیکرو ویو توانائی کو ڈائی الیکٹرک، کنڈکٹیو، یا مقناطیسی نقصانات کے ذریعے حرارت میں تبدیل کرتا ہے، یکساں والیومیٹرک ہیٹنگ حاصل کرتا ہے۔ روایتی کوندکٹو ہیٹنگ کے برعکس، مائیکرو ویو سنٹرنگ تیز رفتار ریمپ ریٹ اور چھوٹے درجہ حرارت کے میلان کے ساتھ اندر سے گرم ہوتی ہے، تھرمل گریڈینٹ کی وجہ سے خرابی اور کریکنگ جیسے نقائص کو کم کرتی ہے۔
3. صحت سے متعلق مشینی
سیمی کنڈکٹر-گریڈ ایپلی کیشنز کے لیے ذیلی-مائکرون جہتی رواداری اور نینو میٹر سطح کی کھردری کو حاصل کرنے کے لیے سینٹرڈ سیرامک اجزاء کو اکثر پیسنے، لیپنگ، پالش کرنے، اور یہاں تک کہ لیزر پروسیسنگ کی ضرورت ہوتی ہے۔ تاہم، سیرامکس کی زیادہ سختی اور ٹوٹ پھوٹ کی وجہ سے ٹول کے تیزی سے پہننے (پیسنے والے پہیے، کاٹنے والے اوزار) اور اعلی مشینی لاگت آتی ہے۔ مزید برآں، مواد کو پیسنے والی قوتوں کے تحت کنارے چپکنے، سطح کے مائیکرو کریکس، اور زیر زمین کو پہنچنے والے نقصان کا خطرہ ہے۔ گھنے، باریک خصوصیات کے لیے جن کے لیے اعلی معیار کی ضرورت ہوتی ہے-جیسے کہ ESC بمپ اری اور شاور ہیڈ میں ہزاروں مائیکرو-ہولز-روایتی پیسنے اور لیپ کرنے کے طریقے اکثر ناکافی ہوتے ہیں۔ وہ یا تو ضرورت سے زیادہ رابطے کی قوت کی وجہ سے کنارے چپکتے ہیں یا یکساں طور پر اندرونی دیواروں اور سوراخوں تک نہیں پہنچ سکتے۔ نتیجے کے طور پر، پیچیدہ-شکل کے سیرامکس کے لیے غیر-رابطہ یا کم-رابطے-فورس الٹرا-پریزین مشینی تکنیکوں کی ایک رینج تیار کی گئی ہے، بشمول ابریسیو فلو پالش، لیزر ڈرلنگ/پالش، پلا سائیڈ پالش، میگنیٹوریسٹما{1} پالش کرنا
3.1 کھرچنے والا بہاؤ پالش کرنا
شاور ہیڈ کی نچلی سطحوں کے لیے جس میں ESC کے پچھلے حصے میں سینکڑوں سے ہزاروں مائیکرو-سوراخ اور گہرے گیس چینلز ہوتے ہیں، کھرچنے والی فلو پالش کرنے کے لیے ایک نیم-ٹھوس، ویزکوئلاسٹک رگڑنے والے میڈیم کا استعمال کیا جاتا ہے جس میں الٹرا-باریک کھرچنے ہوتے ہیں۔ ہائیڈرولک طریقے سے چلایا جاتا ہے، میڈیم سوراخوں سے بار بار بہتا ہے۔ سوراخ پر، میڈیم کو نچوڑا جاتا ہے، جس سے یکساں سلائیڈنگ رگڑ پیدا ہوتی ہے جو گڑھوں کو ہٹاتا ہے اور ہموار گول کناروں کی تشکیل کرتا ہے۔
3.2 لیزر پروسیسنگ اور پالش کرنا
ان مائیکرو- سوراخوں کے لیے جو سنٹرنگ کے بعد بلاک ہو جاتے ہیں یا شکل میں انحراف رکھتے ہیں، فیمٹوسیکنڈ یا پکوسیکنڈ لیزر درست سوراخ کی اصلاح کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ فیمٹوسیکنڈ لیزرز کی نبض کی چوڑائی انتہائی کم ہوتی ہے۔ توانائی اتنی تیزی سے جذب اور خارج ہوتی ہے کہ گرمی آس پاس کے علاقے میں پھیلتی نہیں ہے، جس کے نتیجے میں 0.01 μm سے نیچے گرمی-متاثرہ زون اور دیواریں مائکرو کریکس اور ری کاسٹ تہوں سے پاک ہوتی ہیں۔ لیزر پالش کرنے میں سیرامک کی سطح کو تیزی سے اسکین کرنے کے لیے کم-توانائی-کثافت لیزر بیم کا استعمال کیا جاتا ہے، جس سے ایک اتلی سطح پگھلتی ہے جو اعلی-صحت سے پالش حاصل کرتی ہے، سطح کے خراشوں، خرابی، یا روایتی پالشنگ میں رگڑ اور دباؤ کی وجہ سے پہننے سے بچتی ہے۔ یہ پیچیدہ 3D خمیدہ سطحوں، مائیکرو اسٹرکچرز، یا مقامی علاقوں کو آسانی سے سنبھال سکتا ہے، جس سے یہ خاص طور پر سینسر ہاؤسنگ کے اندرونی گہاوں کے لیے موزوں ہے جو کھرچنے والے ٹولز کے لیے ناقابل رسائی ہیں۔
3.3 مقناطیسی فلوڈ پالش
میگنیٹورہیولوجیکل فلوئڈ پالشنگ مائکرون-سائز کاربونیل آئرن پاؤڈر اور کھرچنے والے ذرات کو کیریئر فلوڈ میں منتشر کرتی ہے، جو ایک مضبوط مقناطیسی فیلڈ کے تحت قابل کنٹرول-viscosity "لچکدار پالش کرنے والا ٹول" بناتی ہے۔ جب مقناطیسی فیلڈ کو مقامی طور پر سیرامک ورک پیس کی سطح پر لاگو کیا جاتا ہے تو، چمکانے والے زون میں مقناطیسی سیال تیزی سے مضبوط ہوتا ہے، اور مواد کو ہٹانا مشترکہ دباؤ اور قینچ کے بہاؤ کے تحت ہوتا ہے۔ یہ طریقہ اعلی سطح کی درستگی اور عمل کی اچھی کنٹرولیبلٹی پیش کرتا ہے، خاص طور پر پیچیدہ خمیدہ سطحوں، پتلی دیواروں، اندرونی دیواروں، اور دیگر مشکل-تک پہنچنے کے لیے-سطحوں کے لیے موزوں ہے، نیز درست مشینی منظرنامے کے لیے اعلی سطح کی سالمیت اور کم سطح کے نقصان کی ضرورت ہوتی ہے۔
3.4 پلازما-اسسٹڈ پالش (PAP)
پی اے پی پالش کرنے کا ایک طریقہ ہے جو سب سے پہلے پلازما کا استعمال کرتے ہوئے سیرامک سطح کو تبدیل کرتا ہے تاکہ ایک معتدل ترمیم شدہ تہہ بن سکے، اس کے بعد نرم کھرچنے والی پالش کی جاتی ہے تاکہ مواد کو موثر طریقے سے ہٹایا جا سکے۔ یہ ہٹانے کی اعلی کارکردگی پیش کرتا ہے، جوہری طور پر چپٹی سطحیں، اور سطح کو کوئی نقصان نہیں پہنچاتا۔ گیس کے بہاؤ اور الیکٹرک فیلڈز کو کنٹرول کرکے، یہ پیچیدہ خمیدہ سطحوں، اندرونی گہاوں، مائیکرو-سوراخوں، اور روایتی پالش کے ساتھ رسائی میں مشکل دیگر علاقوں کا یکساں طور پر علاج کر سکتا ہے، جس سے تمام-راؤنڈ پروسیسنگ حاصل ہوتی ہے۔