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सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) अगली पीढ़ी के पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और उन्नत सेमीकंडक्टर पैकेजिंग के लिए एक रणनीतिक सामग्री के रूप में उभरा है। जबकि शब्द SiC वेफर और SiC इंटरposer अक्सर गैर-विशेषज्ञ चर्चाओं में एक दूसरे के स्थान पर उपयोग किए जाते हैं, वे सेमीकंडक्टर विनिर्माण श्रृंखला में मौलिक रूप से भिन्न अवधारणाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह लेख सामग्री विज्ञान, विनिर्माण और सिस्टम-एकीकरण के दृष्टिकोण से उनके संबंध को स्पष्ट करता है, और बताता है कि क्यों SiC वेफर्स का केवल एक छोटा सा सबसेट इंटरपोज़र-स्तरीय आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।

1. SiC वेफर: सामग्री नींव

एक SiC वेफर सिलिकॉन कार्बाइड से बना एक क्रिस्टलीय सब्सट्रेट है, जिसे आमतौर पर भौतिक वाष्प परिवहन (PVT) क्रिस्टल वृद्धि और बाद में स्लाइसिंग, पीसने और पॉलिशिंग के माध्यम से उत्पादित किया जाता है।

SiC वेफर्स की प्रमुख विशेषताओं में शामिल हैं:

• क्रिस्टल पॉलीटाइप: 4H-SiC, 6H-SiC, या अर्ध-इंसुलेटिंग SiC

• विशिष्ट व्यास: 4-इंच, 6-इंच, और उभरते 8-इंच प्रारूप

• प्राथमिक प्रदर्शन फोकस:

  • विद्युत गुण (वाहक सांद्रता, प्रतिरोधकता)

  • दोष घनत्व (माइक्रोपीप्स, बेसल प्लेन डिसलोकेशन)

  • एपिटैक्सियल वृद्धि के लिए उपयुक्तता

SiC वेफर्स को पारंपरिक रूप से सक्रिय डिवाइस निर्माण के लिए अनुकूलित किया जाता है, विशेष रूप से पावर MOSFETs, Schottky diodes, और RF उपकरणों में।

इस संदर्भ में, वेफर एक इलेक्ट्रॉनिक सामग्री के रूप में कार्य करता है, जहां विद्युत एकरूपता और दोष नियंत्रण डिजाइन प्राथमिकताओं पर हावी होते हैं।

2. SiC इंटरपोज़र: एक पैकेजिंग-स्तरीय कार्यात्मक संरचना

एक SiC इंटरपोज़र एक कच्चा माल नहीं है, बल्कि एक अत्यधिक इंजीनियर संरचनात्मक घटक है जो से एक SiC वेफर से बनाया गया है।

इसकी भूमिका मौलिक रूप से भिन्न है:

• यह एक यांत्रिक समर्थन, विद्युत पुनर्वितरण परत और थर्मल चालन पथ के रूप में कार्य करता है

• यह 2.5D और विषम एकीकरण जैसे उन्नत पैकेजिंग आर्किटेक्चर को सक्षम बनाता है

• इसे समायोजित करना होगा:

  • थ्रू-सब्सट्रेट विआस (TSVs)

  • फाइन-पिच पुनर्वितरण परतें (RDLs)

  • मल्टी-चिप और HBM एकीकरण

एक सिस्टम के दृष्टिकोण से, इंटरपोज़र एक थर्मल-मैकेनिकल बैकबोन है, न कि एक सक्रिय सेमीकंडक्टर डिवाइस।

3. क्यों “SiC वेफर” का स्वचालित रूप से अर्थ “SiC इंटरपोज़र” नहीं है

हालांकि SiC इंटरपोज़र SiC वेफर्स से बनाए जाते हैं, प्रदर्शन मानदंड मौलिक रूप से भिन्न होते हैं.

कई SiC वेफर्स जो विद्युत रूप से अच्छा प्रदर्शन करते हैं, इंटरपोज़र निर्माण के लिए आवश्यक यांत्रिक सपाटता, तनाव सहनशीलता और वाया-प्रोसेस संगतता को पूरा करने में विफल रहते हैं।

4. विनिर्माण परिवर्तन: वेफर से इंटरपोज़र तक

एक SiC वेफर को एक SiC इंटरपोज़र में बदलने में कई उन्नत प्रक्रियाएँ शामिल हैं:

• 100–300 µm या उससे कम तक वेफर का पतला होना

• उच्च-पहलू-अनुपात वाया निर्माण (लेजर ड्रिलिंग या प्लाज्मा नक़्क़ाशी)

• अति-निम्न सतह खुरदरापन के लिए डबल-साइड पॉलिशिंग (DSP)

• धातुकरण और वाया भरना

• पुनर्वितरण परत (RDL) निर्माण

प्रत्येक चरण पूर्व-मौजूदा वेफर खामियों को बढ़ाता है। डिवाइस वेफर्स में स्वीकार्य दोष इंटरपोज़र संरचनाओं में विफलता आरंभ बिंदु बन सकते हैं।

यह बताता है कि अधिकांश व्यावसायिक रूप से उपलब्ध SiC वेफर्स को सीधे इंटरपोज़र के रूप में क्यों पुन: उपयोग नहीं किया जा सकता है।

5. SiC इंटरपोज़र के लिए चुनौतियों के बावजूद आकर्षक क्यों है

उच्च लागत और प्रसंस्करण कठिनाई के बावजूद, SiC सिलिकॉन इंटरपोज़र पर सम्मोहक लाभ प्रदान करता है:

• थर्मल चालकता: ~370–490 W/m·K (बनाम ~150 W/m·K सिलिकॉन के लिए)

• उच्च लोचदार मापांक, थर्मल साइकिलिंग के तहत यांत्रिक स्थिरता को सक्षम करना

• उत्कृष्ट उच्च तापमान विश्वसनीयता, पावर-घने पैकेजों के लिए महत्वपूर्ण

GPU सिस्टम, AI एक्सीलरेटर और पावर मॉड्यूल के लिए, ये गुण इंटरपोज़र को केवल एक विद्युत पुल के बजाय एक सक्रिय थर्मल प्रबंधन परत के रूप में कार्य करने की अनुमति देते हैं।

6. एक वैचारिक अंतर इंजीनियरों को याद रखना चाहिए

एक उपयोगी मानसिक मॉडल है:

SiC वेफर = इलेक्ट्रॉनिक सामग्री
SiC इंटरपोज़र = सिस्टम-स्तरीय संरचनात्मक घटक

वे विनिर्माण से जुड़े हैं, लेकिन कार्य, विशिष्टता और डिजाइन दर्शन से अलग हैं।

7. निष्कर्ष

SiC वेफर्स और SiC इंटरपोज़र के बीच का संबंध समकक्ष के बजाय पदानुक्रमित है।
जबकि प्रत्येक SiC इंटरपोज़र SiC वेफर से उत्पन्न होता है, केवल वेफर्स जिनके यांत्रिक, थर्मल और सतह गुण कसकर नियंत्रित होते हैं, इंटरपोज़र-स्तरीय निर्माण का समर्थन कर सकते हैं।

जैसे-जैसे उन्नत पैकेजिंग विद्युत एकीकरण के साथ-साथ थर्मल प्रदर्शन को प्राथमिकता देता है, SiC इंटरपोज़र एक प्राकृतिक विकास का प्रतिनिधित्व करते हैं—लेकिन एक ऐसा जो पारंपरिक पावर डिवाइस सब्सट्रेट से अलग, वेफर इंजीनियरिंग की एक नई श्रेणी की मांग करता है।