Waa maxay xadhigga xidhidhiyaha? Halyeyga Aan La Arag ee Isku hallaynta Semiconductor

Sida khabiir ku takhasusay mishiinada-yar-yar iyo sayniska agabka, maalmahayga waxa ka buuxsamay doodo farsamo oo qoto dheer oo lala yeeshay injineerada sida Marcus ee Jarmalka. Waxay yihiin kuwa safka hore, riixaya xudduudaha waxa suurtagal ah ee semiconductor iyo korontada wax soo saarka elektarooniga ah. Mawduuca la yimaadda soo noqnoqoshada la yaabka leh waa is-hoosaysiinta xadhig xidhidh. Qeybtan yar ee biraha, oo inta badan ka khafiifsan timaha bini'aadamka, ayaa marar badan la iska indhatiraa, hase yeeshee waxa la odhan karaa waa mid ka mid ah qaybaha ugu muhiimsan ee wareeg kasta oo isku dhafan (IC). Fashil ku yimid muuqaalkan yar isku xidhidh waxay ka dhigi kartaa qalab adag oo qaali ah mid aan waxtar lahayn. Maqaalkani maaha meel iib ah; waa quusin qoto dheer oo lagu galay cilmiga maadiga ah iyo injineernimada taas oo gasha abuurista heer sareisku halaynta xadhig xidhidh. Waxaan sahamin doonaa agabyada kala duwan, sifadooda gaarka ah, iyo sababta saxda ah ee doorashada silig waxay aasaas u tahay guusha alaabtaada ugu dambeysa.

Waa maxay ujeedada aasaasiga ah ee siliga isku xidhka?

Heerkeeda aasaasiga ah, a xadhig xidhidh waa mid aad u fiican, aad u fiicandaahirnimo silig loo isticmaalo in lagu abuuro koronto isku xirka gudaha a semiconductor qalab. Waxay u adeegtaa sidii buundo dabacsan, oo sidda awoodda iyo calaamadaha u dhexeeya silikoon jajab (IC) iyo macdanta birta ah ee xirmada difaaceeda. Ka fikir sida habdhiska dareenka ee chip. Si ka duwan isticmaalka iibiye, kaas oo ku lug leh dhalaalid oo aan lagu samayn karin miisaan sidaas u fiican iyada oo aan waxyeello loo geysan jajabka jilicsan. silig isku xidhid waa nidaam adag oo dawladeed. Takhasus leh mashiinka xidhitaanka adeegsada ultrasonic tamar, xoog, iyo mararka qaarkood kulayl si loo abuuro alxanka birta ah, ama bond, labada daraf ee silig.

Tan yar isku xidhidh waa inuu noqdaa mid si cajiib ah u adag. Waxay u baahan tahay inay u adkaysato culayska farsamada, baaskiil wadida kulaylka, oo ay qaado korantada iyadoon hoos u dhigin cimriga aaladda. Doorashada ee silig maadada, dhexroorkeeda, iyo gaarkeeda hantida maaddada Dhammaan waxay ka ciyaaraan door muhiim ah abuurista guul iyo kalsooni silig bond. Mid kasta bond waa inuu ahaadaa mid qumman.

Waa maxay sababta noocyada kala duwan ee siliga isku xidhka loogu baahan yahay?

Ma jiro xal "hal-cabbir-dhan-dhan" marka ay timaado xadhig xidhidh. Doorashada walxuhu waa go'aan injineernimo oo muhiim ah oo ay dhaqaajiyaan dalabaadka gaarka ah ee arjiga, oo ay ku jiraan qiimaha, waxqabadka, iyo muddada dheer isku halaynta. Saddexda agab ee aasaasiga ah ee la isticmaalo waa dahab (Au), naxaas (cu), iyo aluminium (Al). Mid kastaa wuxuu leeyahay sifooyin gaar ah oo ka dhigaya mid ku habboon noocyada kala duwan ee isku-xidhka iyo alaabada dhamaadka kala duwan.

Injineerku waa inuu tixgeliyo dhowr arrimood:

• Habka isku xidhka: Xawaare sare miyaa bond ball habka ama saxnaanta dammaanad qaade? Dahab iyo naxaas ku habboon yihiin bond balling, halka aluminium waa halbeegga ultrasonic jeexid isku xidhid.
• Shuruudaha Waxqabadka: Qalabku ma ku shaqeeyaa xawli sare mise waxa uu sido mawjadaha sare? Copper ayaa ka sarreeya dhaqdhaqaaqa korantadalaakiin silig dahab ah waxay bixisaa iska caabin heer sare ah oo daxalka.
• Caqabadaha Qiimaha: Isku xidhka silig dahab ah waa geeddi-socod qaan-gaar ah laakiin qaali ah. Silig naxaas ah waxay bixisaa beddelka qiimaha jaban leh waxqabad aad u fiican, halka silig aluminium sidoo kale waa mid aad qaali u ah.
• Isku hallaynta muddada-dheer: Sidee bay noqon doontaa silig la falgalka suufka curaarta metallurgy waqti ka dib iyo heerkulka shaqada? Ka-hortagga samaynta birta dhexda oo jajaban waa welwel muhiim ah.

Sidee baa silig dahab ah loogu farsameeyay isku xidhka kubbadda xawaaraha sare leh?

Silig dahab ah waa kan asalka ah oo si fiican loo fahmay xadhig xidhidh. Iyadoo ay u muuqato mid toos ah, ayaa dahab saafi ah loo isticmaalo codsigan dhab ahaantii waa shay aad loo farsameeyay. Siliga isku xidhka dahabka ku dhawaad marnaba 99.99% saafi maaha dahab. Waxaa si ula kac ah loo "doped" oo leh xaddi yar oo la kontoroolo oo walxo kale ah si loo hagaajiyo hantideeda baahida loo qabo. habka isku xidhka kubbadda.

Dopants-yadan, oo ay ku jiri karaan xubno sida beryllium ( Noqo) ama palladium (Pd), waxaa lagu daray dhowr sababood. Waxay caawiyaan si loo xakameeyo qaab-dhismeedka hadhuudh ah ee biraha sida ay u xoojiso ka dib abuurista ah kubbadda hawada ee bilaashka ah. Qaab dhismeed deggan oo joogto ah ayaa muhiim u ah samaynta mid adag oo la soo celin karo bond. Dopants-yadu waxay sidoo kale kordhiyaan adkaanta silig, taas oo ka caawisa inay taageerto nadiifinta loop qaab la'aan. Injineer wanaagsan silig dahab ah waxay siisaa dheelitirka qumman ee jilicsan ee abuurista bond iyo adkaanta ilaalinta samaynta loop. Awoodda lagu sameeyo qaab qumman, wareegsan kubbadda waa hanti gaar ah silig dahab ah waxayna udub dhexaad u tahay habka isku xidhka kubbadda.

Waa maxay faa'iidooyinka isticmaalka naxaasta sida silig isku xidhka ah?

Silig naxaas ah wuxuu noqday beddelka aad loo jecel yahay silig dahab ah, oo ugu horrayn ay horseed ka tahay kaydinta qiimaha badan. Marka laga eego dhinaca waxqabadka, naxaas waa doorasho aad u fiican. Waxay leedahay ilaa 40% ka sareeya dhaqdhaqaaqa korantada oo si weyn uga sii fiican dhaqdhaqaaqa kulaylka dahab ka badan. Tani waxay ka dhigaysaa mid ku habboon aaladaha korantada ee u baahan inay maareeyaan qulqulka sare oo ay ka saaraan kuleylka. Si kastaba ha ahaatee, la shaqeynta silig naxaas ah waxay soo bandhigaysaa caqabado gaar ah oo ay tahay in injineeradu maareeyaan.

Caqabadda ugu weyni waa oksaydhisku. Copper si sahal ah u sameeya oksaydh lakabka marka ay la kulmaan hawada, gaar ahaan heerkulka sare ee thermosonic isku xidhid. Tani oksaydh faragelin kartaa samaynta wanaagsan bond. Si taas looga gudbo. mashiinnada xidhitaanka siliga isticmaalkaas naxaas waa in uu ku shaqeeyaa jawi aan firfircoonayn, oo sida caadiga ah ku daboolan gaasta nitrogen. Intaa waxaa dheer, naxaas aad ayuu uga adag yahay dahabka. Tani waxay ka dhigan tahay sare bond ciidamada iyo ultrasonic tamarta ayaa loo baahan yahay, taas oo kordhinaysa khatarta ah in la dhaawaco jilicsanaanta silikon hoos ku dhinta suufka curaarta. Si taas loo yareeyo, codsiyo badan ayaa hadda la isticmaalaa naxaasta palladium dahaarka leh silig. Lakabka khafiifka ah ee palladium ilaaliyaa naxaas ka oksidation iyo hagaajinaysaa ah bond isku halaynta.

Goorma ayaa silig aluminium ah doorashada ugu sareysa ee la isku halleyn karo?

Halka dahab iyo naxaas ka taliyaan bond ball suuqa, silig aluminium waa boqorka xidhitaanka wedge ultrasonic. Tani waxay si gaar ah run ugu tahay semiconductors-ka korantada, elektiroonigga baabuurta, iyo qaybaha RF. Sababta koowaad ee tan waa waafaqid biraha. The bond pads on a semiconductor dhintaan waxay had iyo jeer ka samaysan yihiin aluminium. Markaad bond ah silig aluminium ku a aluminium suuf, waxaad abuurtaa nidaam mono-metallic ah. Tani waxay si dabiici ah u tahay mid deggan oo la isku halayn karo waqti ka dib, gaar ahaan heerkulka sare.

Marka a silig dahab ah waxay ku xidhan tahay a aluminium suuf, geedi socod adag-state faafin bilaabay, samaynta dahab-aluminium xeryahooda intermetallic at interface. Qaar ka mid ah xeryahooda waa kuwo jajaban oo keeni kara bond ku guuldareysiga nolosha alaabta, dhacdo loo yaqaan "plague guduud." Adigoo isticmaalaya silig aluminium, habkan fashilka weyn ayaa gabi ahaanba laga fogaaday. Codsiyada dalbanaya heerka ugu sarreeya ee muddada-dheer isku halaynta, culus dhexroorka Silig aluminium saafi ah ku xiran iyada oo loo marayo mid adag dammaanad qaade waa heerka dahabka. Tani waa nooca siliga Waxaan aragnaa in loo isticmaalo inta badan codsiyada baabuurta iyo warshadaha.

Sidee bay sifooyinka farsamada sida dhererka iyo xoogga xajinta u saameeya xadhigga siliga?

Marka injineerku helo a dharbaaxo ee xadhig xidhidh, ah qeexid xaashida waxay liis gareyn doontaa sifooyinka farsamada sida adkaysi xoog iyo dheerayn. Kuwani maaha tirooyin kaliya; waxay yihiin tilmaamayaasha muhiimka ah ee sida ay silig waxay u dhaqmi doontaa xawaare sare mashiinka xidhitaanka.

• Xoojinta Xoojinta (ama Jebinta Culayska): Tani waxay cabbirtaa xoogga loo baahan yahay si loo jebiyo silig. A silig waa inuu noqdaa mid xoogan oo u adkeysan kara culeysyada isku xidhid habka, oo ay ku jiraan "jeexa" ugu dambeeya ka dib labaad bond in a dammaanad qaade habka. Si kastaba ha ahaatee, a silig taas oo aad u xoog badan way adkaan kartaa bond waxaana laga yaabaa inay u baahdaan xoog xad dhaaf ah.
• Dheeraynta: Tani waxay cabbirtaa inta ay le'eg tahay silig fidsan kartaa ka hor inta uusan jabin, oo lagu muujiyay boqolkiiba. Kani waxa lagu doodi karaa in uu yahay halbeegga ka sii daran. A silig wanaagsan leh dheerayn waa mid aad u dhib badan oo cafis badan inta lagu jiro bond samaynta. Waxa kale oo lagama maarmaan u ah abuurista wareegyo joogto ah, oo deggan. A silig oo hooseeya dheerayn waa jajaban yahay waxayna u horseedi kartaa dildilaaca ciribta bond, halka a silig oo si xad dhaaf ah u sarreeya dheerayn waxay noqon kartaa mid aad u jilicsan, taasoo horseedaysa loop lulitaanka ama siligga. The dheerayn si taxadar leh loo xakameeyo inta lagu guda jiro silig habka wax soo saarka iyada oo la isku daray sawir iyo annealtalaabooyinka.

Muxuu "doping" dhab ahaantii sameeyaa siliga isku xidhan si uu u horumariyo waxqabadkiisa?

"Doping" waa habka lagu daro xaddi aad u yar, oo si heer sare ah loo xakameeyey ee walxaha kale ee asaasiga ah biraha si kor loogu qaado hantideeda. Waxaan ka hadlaynaa heerarka qaybo-halkii milyan (ppm). Tani kaliya maaha mid fudud daawaha; waa cilmi sax ah. Ujeedada dopants-yadani waa in la maareeyo qaab dhismeedka biraha silig.

Tusaale ahaan, in silig dahab ah, dopants waxay caawiyaan si loo nadiifiyo qaabka hadhuudhka. Qaabkeeda saafiga ah, ee biraha wuxuu leeyahay miro waaweyn oo jilicsan. Ku darida dopants waxay abuurtaa goobo nukliyeer ah, taasoo keenta qaab-dhismeed sarre oo isku mid ah. Tani waxay ka dhigaysaa silig ka xoog badan iyo, ka sii muhiimsan, waxay hubisaa in kulaylka- aagga ay saameysay ee ka sarreeya kubbadda ka dib samaynta kubbadda waa xoog iyo xasilloon. Tani waxay ka hortagtaa wax caadi ah cillad loo yaqaan "aagga kuleylku saameeyey (HAZ) sag," taas oo keeni karta silig si loo soo gaabiyo cidhifka dhinta. Sidoo kale, in silig aluminium, ku daray 1% silikon si weyn u xoojiyaa silig waxayna ka hortagtaa inuu aad u jilicsanaado, taas oo muhiim u ah xidhitaanka wedge ultrasonic. Go'aanka ku aaddan dope a silig had iyo jeer waa dheellitir si loo gaaro farsamada la rabo sifooyinka siliga.

Sideed u hubisaa tayada iyo isku halaynta siliga isku xidhka?

Injineer sida Marcus, joogtayntu waa wax walba. Nidaam si fiican ula shaqeeya mid dharbaaxo ee silig waa in si la mid ah kan soo socda la shaqeeyo. Xakamaynta tayada ee xadhig xidhidh sidaas darteed waa si cajiib ah u adag. Waxay ku bilaabataa alaabta ceeriin, taas oo ay tahay inay noqdaan kuwa ugu sarreeya daahirnimo (tusaale ahaan, 99.99% ama "4N" daahirnimo).

Inta lagu jiro sawirka iyo annealhabka ing, the dhexroorka siliga waa in lagu hayaa dulqaad aad u adag. Xitaa kala duwanaansho yar ayaa saameyn karta xuduudaha isku xidhka oo keena natiijooyin aan is-waafaqayn. Finalka silig ka dib waxaa la mariyaa baytari tijaabo ah oo waafaqsan heerarka sida ASTM habka tijaabada F72. Tan waxaa ka mid ah cabbiraadda culayska jaban iyo dheerayn. The dusha sare ee ah silig sidoo kale waa inuu ahaadaa mid nadiif ah, oo ka nadiif ah wax wasakhaysan ama xagtin ah oo faragelin kara bond. Ugu dambeyntii, the silig waxaa lagu dhaawacay mid si gaar ah loo nashqadeeyay dharbaaxo iyadoo la xakameynayo xiisadda si looga hortago waxyeello kasta oo farsamo. Kaydinta iyo maaraynta saxda ah ayaa sidoo kale muhiim ah, iyadoo la ilaalinayo talooyinka lagu taliyey nolosha shelf. The tayada bond waa mid si toos ah uga tarjumaysa tayada silig.

Waa maxay hababka fashilka caadiga ah ee la xidhiidha siliga isku xidhka laftiisa?

Marka a silig bond fashilanto, ee silig lafteedu waxay noqon kartaa sababta asalka ah. Fahamka guuldarrooyinkan ayaa fure u ah cilad-saarka habsocodka.

• Silig Sag/Sway: The silig loop wuu qalloociyaa oo taabtaa meel ku dhow silig ama cidhifka dhinta, taasoo keenaysa wareeg gaaban. Tani waxay inta badan sabab u tahay silig aad u jilicsan (aan habboonayn daawaha ama annealing).
• Cidhib Dilaac: dildilaac ayaa ka abuurma saldhigga jeexid bond. Tan waxaa sababi kara a silig taasi aad bay u jajabantahay (hoose dheerayn) ama qallafsanaan xad dhaaf ah inta lagu jiro bond.
• Kor u qaadida curaarta: The bond ku dhegi weyday. Iyadoo ay inta badan tahay arrin halbeeg ah, waxaa sababi kara wasakhowga ku yaal goobta silig dusha sare.
• Silig jabay gudaha HAZ: In a bond ball, ah silig jebiyo wax yar ka sarreeya kubbadda. Tani waxay tilmaamaysaa qaab-dhismeedka hadhuudhka ee aan saxda ahayn ee la xakameeyey siligaagga kulaylku saameeyay.

Arrimahani waxay muujinayaan sababta iskaashiga qoto dheer ee u dhexeeya soo saaraha qalabka iyo kuwa silig alaab-qeybiyaha aad buu muhiim u yahay. Badanaa, xallinta kakan isku xidhid Dhibaatadu waxay u baahan tahay falanqayn wadajir ah oo labada ah isku xidhid habka iyo siligcilmiga maadiga ah. Waxaan badiyaa caawinaa macaamiisheena isticmaala xirmooyinka siliga tooska ah si loo ogaado oo loo xalliyo arrimahan.

Sidee xulashada siliga saxda ah u kordhisaa isku halaynta qalabka muddada dheer?

Doorashada ee xadhig xidhidh waxay saameyn weyn ku leedahay mustaqbalka fog isku halaynta ee ah wareeg isku dhafan. Bilawga bond tayada waa bilawga sheekada. The silig iyo iyada bond waa in ay ka badbaadaan sanado badan oo laga shaqaynayey degaano adag. Saxda xulashada alaabta ayaa muhiim u ah ka hortagga guul-darrooyinka soo muuqda kadib kumanaan saacadood oo baaskiil kuleyl ah.

Sida kor ku xusan, isticmaalka silig aluminium on aluminium suufka ayaa meesha ka saaraya khatarta dahabka jajaban-aluminium intermetallics. Waayo silig naxaas ah, iyadoo la isticmaalayo a palladium daahan ayaa ka hortagi kara oksidation iyo hubinta xasiloonida ee bond. The awoodda qaadida hadda ee ah silig sidoo kale waa in la tixgeliyaa. Isticmaalka a silig oo aan ku filnayn dhexroorka siliga wakhtigan xaadirka ah ee uu u baahan yahay in uu qaado waxa uu keenayaa in uu kululaado,waxana uu dedejiyaa gabowga oo keeni kara fashil. Balaadhinta kulaylka wada shaqayn ee ah silig Marka la eego inta kale ee alaabta xirmada waa arrin kale oo ay tahay inay ahaato lagu xisaabtamayo. Xaqqa xadhig xidhidh ma aha oo kaliya qayb; waa curiye aasaas u ah aaladda loo qaabeeyey isku halaynta.