थर्मोसोनिक बॉन्डिंग

थर्मोसोनिक बॉन्डिंग का व्यापक रूप से कंप्यूटर में बॉन्ड सिलिकॉन एकीकृत परिपथ को वायर करने के लिए उपयोग किया जाता है। जॉर्ज हरमन द्वारा अलेक्जेंडर कुकूलस को थर्मोसोनिक बॉन्डिंग का पिता नामित किया गया था, वायर बॉन्डिंग पर दुनिया का सबसे प्रमुख अधिकार, जहां उन्होंने अपनी पुस्तक, वायर बॉन्डिंग इन माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में कुकूलस के अग्रणी प्रकाशनों का संदर्भ दिया। थर्मोसोनिक बॉन्ड की अच्छी तरह से सिद्ध विश्वसनीयता के कारण, इसका उपयोग बड़े पैमाने पर केंद्रीय प्रसंस्करण इकाइयों (सीपीयू) को जोड़ने के लिए किया जाता है, जो सिलिकॉन एकीकृत परिपथ हैं जो आज के कंप्यूटरों के दिमाग के रूप में काम करते हैं।

विवरण
एक थर्मोसोनिक बंध पैरामीटर के सेट का उपयोग करके बनता है जिसमें अल्ट्रासोनिक, थर्मल और मैकेनिकल (बल) ऊर्जा सम्मिलित होती है। थर्मोसोनिक बॉन्डिंग मशीन में मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव या पीजोइलेक्ट्रिक-टाइप ट्रांसड्यूसर सम्मिलित होता है जिसका उपयोग विद्युत ऊर्जा को स्पंदनात्मक गति में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है जिसे पीजोइलेक्ट्रिसिटी के रूप में जाना जाता है। स्पंदनात्मक गति युग्मक प्रणाली के साथ यात्रा करती है, एक भाग जो वेग ट्रांसफार्मर के रूप में काम करने के लिए पतला होता है। वेग ट्रांसफॉर्मर ऑसिलेटरी मोशन को बढ़ाता है और इसे गर्म बॉन्डिंग टिप तक पहुंचाता है। यह घर्षण बंध के समान है, क्योंकि अल्ट्रासोनिक ऊर्जा का प्रारंभ (एक अल्ट्रासोनिक ट्रांसफॉर्मर या हॉर्न से लंबवत रूप से जुड़े बंध उपकरण के माध्यम से) एक साथ पूर्व-गर्म विकृत लीड के बीच इंटरफेसियल संपर्क बिंदुओं पर बल और स्पंदनात्मक या स्क्रबिंग गति प्रदान करता है- सिलिकॉन एकीकृत परिपथ के तार और धातुकृत पैड। तापीय ऊर्जा के वितरण के अतिरिक्त, अल्ट्रासोनिक स्पंदनात्मक ऊर्जा का संचरण पहले से गरम लीड तार के परमाणु जाली स्तर पर परस्पर क्रिया करके अल्ट्रासोनिक नरम प्रभाव उत्पन्न करता है। अपेक्षाकृत कम तापमान और बलों का उपयोग करके वांछित संपर्क क्षेत्र बनाकर ये दो नरम प्रभाव प्रभावशाली रूप से लीड वायर विरूपण की सुविधा प्रदान करते हैं। बॉन्डिंग चक्र के समय प्रीहीटेड लीड वायर में प्रेरित घर्षण क्रिया और अल्ट्रासोनिक सॉफ्टनिंग के परिणामस्वरूप, थर्मोसोनिक बॉन्डिंग का उपयोग अपेक्षाकृत कम बॉन्डिंग मापदंडों का उपयोग करके उच्च गलनांक वाले लीड तारों (जैसे सोना और कम लागत वाले एल्यूमीनियम और तांबे) को मज़बूती से बाँधने के लिए किया जा सकता है। यह सुनिश्चित करता है कि बंध प्रक्रिया के समय आवश्यक संपर्क क्षेत्र बनाने में लीड तार को विकृत करने के लिए उच्च बंध पैरामीटर (अल्ट्रासोनिक ऊर्जा, तापमान या यांत्रिक बल) का उपयोग करके नाजुक और महंगी सिलिकॉन एकीकृत परिपथ चिप संभावित हानिकारक स्थितियों के संपर्क में नहीं आती है।

पृष्ठभूमि
एक थर्मोसोनिक बंध ठोस अवस्था धातु बंध की श्रेणी में आता है जो दो धातु सतहों को उनके संबंधित गलनांक के नीचे अच्छी तरह से मिलाने से बनता है। कुकूलस ने थर्मोसोनिक बॉन्डिंग का प्रारंभ किया, जो उपलब्ध वाणिज्यिक सॉलिड-स्टेट बॉन्डिंग मशीनों द्वारा उत्पादित बॉन्ड-विश्वसनीयता में अधिक सुधार करता है, जहां उसने अल्ट्रासोनिक ऊर्जा चक्र प्रारंभ करने से पहले लीड वायर (और/या मेटलाइज्ड सिलिकॉन चिप) को पहले से गरम किया था। लीड तार को थर्मल नरम करने के अतिरिक्त, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा के बाद के वितरण ने गर्म तार (अल्ट्रासोनिक नरमी के रूप में जाना जाता है) के परमाणु जाली स्तर पर परस्पर क्रिया करके और नरम बना दिया। इन दो स्वतंत्र नरमी तंत्रों (प्री-हीटिंग लीड वायर और परमाणु जाली स्तर पर अल्ट्रासोनिक ऊर्जा प्रदान करना) ने घटनाओं को समाप्त कर दिया नाजुक और महंगी सिलिकॉन चिप को क्रैक करने के लिए जो पहले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सॉलिड-स्टेट बॉन्डिंग मशीनों का उपयोग करते समय कुकूलस द्वारा देखी गई थी। सुधार इसलिए होता है क्योंकि प्री-हीटिंग और अल्ट्रासोनिक सॉफ्टिंग लीड-वायर ने बॉन्डिंग पैरामीटर के अपेक्षाकृत कम सेट का उपयोग करते हुए आवश्यक संपर्क क्षेत्र बनाने में प्रभावशाली रूप से इसके विरूपण की सुविधा प्रदान की। लीड तार के तापमान स्तर और भौतिक गुणों के आधार पर, आवश्यक संपर्क क्षेत्र बनाते समय विकृत तार के पुन: क्रिस्टलीकरण (धातु विज्ञान) या गर्म काम का प्रारंभ हो सकता है। रीक्रिस्टलाइजेशन लीड वायर के स्ट्रेन हार्डनिंग क्षेत्र में होता है जहां यह सॉफ्टनिंग प्रभाव में सहायता करता है। यदि तार को कमरे के तापमान पर अल्ट्रासोनिक रूप से विकृत किया गया था, तो यह बड़े पैमाने पर कठोर (ठंडा काम) करने के लिए प्रवृत्त होता है और इसलिए सिलिकॉन चिप को हानिकारक यांत्रिक तनाव संचारित करता है। थर्मोसोनिक बॉन्डिंग, जिसे प्रारंभ में अलेक्जेंडर कुकूलस द्वारा हॉट वर्क अल्ट्रासोनिक बॉन्डिंग के रूप में संदर्भित किया गया था, एल्यूमीनियम और तांबे के तारों जैसे प्रवाहकीय धातुओं की विस्तृत श्रृंखला को एल्यूमीनियम ऑक्साइड और ग्लास सबस्ट्रेट्स पर जमा टैंटलम और पैलेडियम पतली फिल्मों में बंधे के लिए पाया गया था, जिनमें से सभी ने धातुकृत सिलिकॉन चिप का अनुकरण किया था।

अनुप्रयोग
वर्तमान में, सिलिकॉन इंटीग्रेटेड परिपथ चिप के अधिकांश कनेक्शन थर्मोसोनिक बॉन्डिंग का उपयोग करके बनाए जाते हैं क्योंकि यह आवश्यक बंध क्षेत्र बनाने के लिए अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की तुलना में थर्मोकम्प्रेशन बॉन्डिंग की तुलना में कम बंध तापमान, बल और निवास समय के साथ-साथ कम कंपन ऊर्जा स्तर और बल को नियोजित करता है। इसलिए थर्मोसोनिक बॉन्डिंग का उपयोग बॉन्डिंग चक्र के समय अपेक्षाकृत नाजुक सिलिकॉन एकीकृत परिपथ चिप को हानि पहुंचाता है। थर्मोसोनिक बॉन्डिंग की सिद्ध विश्वसनीयता ने इसे पसंद की प्रक्रिया बना दिया है, क्योंकि इस तरह के संभावित विफलता मोड महंगे हो सकते हैं चाहे वे निर्माण चरण के समय हों या बाद में पता चले, ऑपरेशनल फील्ड के समय-एक चिप की विफलता जो कंप्यूटर या असंख्य अन्य माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अंदर जुड़ी हुई थी।

थर्मोसोनिक बॉन्डिंग का उपयोग फ्लिप चिप प्रक्रिया में भी किया जाता है जो सिलिकॉन इंटीग्रेटेड परिपथ को विद्युत रूप से जोड़ने की वैकल्पिक विधि है।

जोसेफसन प्रभाव और सुपरकंडक्टिंग इंटरफेरेंस (DC SQUID) डिवाइस थर्मोसोनिक बॉन्डिंग प्रक्रिया का भी उपयोग करते हैं। इस स्थितियों में, अन्य आबंध विधियाँ YBaCuO7 माइक्रोस्ट्रक्चर, जैसे कि माइक्रोब्रिज, जोसेफसन जंक्शन और सुपरकंडक्टिंग इंटरफेरेंस डिवाइस (DC SQUID) को नीचा या नष्ट कर देंगी।

थर्मोसोनिक बॉन्डिंग तकनीकों के साथ प्रकाश उत्सर्जक डायोड को विद्युत रूप से जोड़ने पर, डिवाइस का उत्तम प्रदर्शन दिखाया गया है।

यह भी देखें

 * सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण
 * ट्रांजिस्टर
 * एलईडी लैंप