अर्धचालक संकुल
अर्धचालक संकुल धातु, प्लास्टिक, कांच या सिरेमिक आवरण होता है, जिसमें अधिक असतत अर्धचालक उपकरण या एकीकृत परिपथ होते हैं। भिन्न-भिन्न घटक अर्धचालक वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) (सामान्यतः सिलिकॉन) पर डाई, परीक्षण और पैक किए जाने से पूर्व अर्धचालक उपकरण का निर्माण करते हैं। संकुल इसे बाह्य वातावरण से जोड़ने के लिए साधन प्रदान करता है, जैसे मुद्रित परिपथ बोर्ड, भूमि, गेंदों, या पिन जैसे लीड के माध्यम से और यांत्रिक प्रभाव, रासायनिक संदूषण और प्रकाश उद्भासन जैसे संकटों से सुरक्षा प्रदान करता है। इसके अतिरिक्त, यह हीट स्प्रेडर की सहायता से या उसके बिना उपकरण द्वारा उत्पादित ऊष्मा को नष्ट करने में सहायता करता है। उपयोग में हजारों संकुल प्रकार हैं। कुछ को अंतरराष्ट्रीय, राष्ट्रीय या उद्योग मानकों द्वारा परिभाषित किया जाता है, किन्तु अन्य विशेष रूप से व्यक्तिगत निर्माता के लिए होते हैं।
संकुल कार्य
अर्धचालक संकुल में डायोड जैसे उपकरणों के लिए कम से कम दो लीड या संपर्क हो सकते हैं, या उन्नत माइक्रोप्रोसेसरों की स्थिति में, संकुल में सैकड़ों कनेक्शन हो सकते हैं। अधिक छोटे संकुल केवल उनके वायर लीड्स द्वारा समर्थित हो सकते हैं। उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए लक्षित बड़े उपकरण सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किए गए हीट सिंक में स्थापित किए जाते हैं जिससे कि वे सौ या हजारों वाट अपशिष्ट ताप को नष्ट कर सकते है।
अर्धचालक को कनेक्शन प्रदान करने और अपशिष्ट ताप को आरक्षित करने के अतिरिक्त, अर्धचालक संकुल के चिप को पर्यावरण से, विशेष रूप से नमी के प्रवेश से बचाना चाहिए। संकुल के भीतर स्ट्रे कण या संक्षारण उत्पाद उपकरण के प्रदर्शन को कम कर सकते हैं या विफलता का कारण बन सकते हैं।[1] भली भांति संवृत संकुल अनिवार्य रूप से परिवेश के साथ गैस विनिमय की अनुमति नहीं देता है; इस प्रकार के निर्माण के लिए कांच, चीनी मिट्टी या धातु के बाड़ों की आवश्यकता होती है।
दिनांक कोड
निर्माता सामान्यतः स्याही या लेजर का उपयोग करके निर्माता के लोगो और संकुल पर निर्माता के भाग संख्या को चिह्नित करते हैं, जिससे अपेक्षाकृत कुछ प्रकार के पैकेजों में पैक किए गए कई भिन्न-भिन्न और असंगत उपकरणों को पृथक करना सरल हो जाता है।
चिह्नों में अधिकांशतः 4 अंकों का दिनांक कोड सम्मिलित होता है, जिसे प्रायः YYWW के रूप में दर्शाया जाता है जहां YY को कैलेंडर वर्ष के अंतिम दो अंकों से प्रतिस्थापित कर दिया जाता है और WW को दो अंकों वाली सप्ताह की संख्या सामान्यतः आईएसओ सप्ताह संख्या से प्रतिस्थापित कर दिया जाता है।[2]
छोटे संकुल में अधिकांशतः दो अंकों का दिनांक कोड सम्मिलित होता है। दो अंकों वाला दिनांक कोड YW का उपयोग करता है, जहाँ Y वर्ष का अंतिम अंक (0 से 9) है और W वर्ष के प्रारम्भ में 1 से प्रारम्भ होता है और प्रत्येक 6 सप्ताह में बढ़ जाता है (अर्थात, W 1 से 9 है)।[2] अन्य दो अंकों का दिनांक कोड RKM उत्पादन दिनांक कोड YM का उपयोग करता है, जहाँ Y उन 20 अक्षरों में से है जो प्रत्येक 20 वर्षों में चक्र को दोहराता है (उदाहरण के लिए, "M" का उपयोग 1980, 2000, 2020, आदि का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया गया था) और M उत्पादन के माह को दर्शाता है (1 से 9, जनवरी से सितंबर को दर्शाता करता है, O अक्टूबर को दर्शाता करता है, N नवंबर को दर्शाता करता है, D दिसंबर को दर्शाता है)।
लीड
एकीकृत परिपथ और संकुल के लीड के मध्य संबंध बनाने के लिए, तार के जोड़ का उपयोग किया जाता है, जिसमें संकुल लीड से जुड़े सूक्ष्म तार होते हैं जो अर्धचालक डाई पर प्रवाहकीय पैड से बंधे होते हैं।
संकुल के बाहर, वायर लीड्स को प्रिंटेड परिपथ बोर्ड में सोल्डर किया जा सकता है या उपकरण को टैग स्ट्रिप पर सुरक्षित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। आधुनिक माउंट सतह उपकरण परिपथ बोर्ड के माध्यम से अधिकांश ड्रिल किए गए छिद्रों को समाप्त कर देते हैं, और संकुल पर छोटे धातु लीड या पैड होते हैं जिन्हें ओवन-रिफ्लो सोल्डरिंग द्वारा सुरक्षित किया जा सकता है। फ्लैटपैक (इलेक्ट्रॉनिक्स) में एयरोस्पेस उपकरण स्पॉट वैल्डिंग द्वारा परिपथ बोर्ड से सुरक्षित समतल धातु लीड का उपयोग कर सकते हैं, चूँकि इस प्रकार का निर्माण अब असामान्य है।
सॉकेट
प्रारंभिक अर्धचालक उपकरणों को अधिकांशतः वैक्यूम ट्यूबों की भांति सॉकेट्स में डाला जाता था। जैसे-जैसे उपकरणों में सुधार हुआ, अंततः सॉकेट्स विश्वसनीयता के लिए अनावश्यक सिद्ध हुए, और उपकरणों को प्रत्यक्ष मुद्रित परिपथ बोर्डों में युग्मित कर दिया गया। संकुल को अर्धचालक डाई या उसके लीड्स पर तनाव के अतिरिक्त सोल्डरिंग के उच्च तापमान ग्रेडिएंट्स को आरक्षित करना चाहिए।
सॉकेट अभी भी प्रयोगात्मक, प्रोटोटाइप या शैक्षिक अनुप्रयोगों के लिए उच्च मूल्य वाले चिप्स जैसे माइक्रोप्रोसेसरों के लिए उपकरणों के परीक्षण के लिए उपयोग किए जाते हैं, जहां प्रतिस्थापन अभी भी उत्पाद को त्यागने की तुलना में अधिक मितव्ययी है, और उन अनुप्रयोगों के लिए जहां चिप में फर्मवेयर या अद्वितीय डेटा होता है जिसे उत्पाद के जीवन के समय प्रतिस्थापित किया किया जा सकता है। शून्य सम्मिलन बल सॉकेट में सैकड़ों लीड वाले उपकरण डाले जा सकते हैं, जिनका उपयोग परीक्षण उपकरण या उपकरण प्रोग्रामर पर भी किया जाता है।
संकुल सामग्री
कई उपकरणों को एपॉक्सी प्लास्टिक द्वारा आकार दिया जाता है जो अर्धचालक उपकरणों की पर्याप्त सुरक्षा प्रदान करता है, और संकुल की लीड और हैंडलिंग का समर्थन करने के लिए यांत्रिक शक्ति प्रदान करता है। प्लास्टिक क्रेसोल-नोवोलक्स, सिलोक्सेन पॉलीइमाइड, पॉलीज़ाइलिलीन, सिलिकोन, पॉलीपॉक्साइड्स और बिस्बेनज़ोसाइक्लो-ब्यूटेन हो सकता है।[3] कुछ उपकरण, जो उच्च-विश्वसनीयता या एयरोस्पेस या विकिरण वातावरण के लिए अभिप्रेत हैं, सिरेमिक संकुल का उपयोग करते हैं, धातु के ढक्कन के साथ जो असेंबली के पश्चात या ग्लास फ्रिट सील पर ब्रेज़ किए जाते हैं। सभी धातु संकुल अधिकांशतः उच्च शक्ति (कई वाट या अधिक) उपकरणों के साथ उपयोग किए जाते हैं, क्योंकि वे उचित रूप से ऊष्मा का संचालन करते हैं और हीट सिंक के लिए सरल असेंबली की अनुमति देते हैं। अधिकांशतः संकुल अर्धचालक उपकरण के लिए संपर्क बनाता है। संकुल सामग्री से युग्मित होने के लिए विस्तार के थर्मल गुणांक के साथ लीड सामग्री का चयन किया जाना चाहिए।
अल्प प्रारंभिक अर्धचालकों को फ्लैशलाइट बल्ब की भांति लघु निर्वातित कांच के आवरण में पैक किया गया था; इतनी बहुमूल्य पैकेजिंग अप्रचलित हो गई थी जब सतही निष्क्रियता (रसायन विज्ञान) और उन्नत निर्माण तकनीकें उपलब्ध थी।[1] काँच संकुल अभी भी डायोड के साथ सामान्यतः उपयोग किए जाते हैं, और धातु ट्रांजिस्टर संकुल में काँच सील का उपयोग किया जाता है।
उच्च-घनत्व गतिशील मेमोरी के लिए संकुल सामग्री को कम पृष्ठभूमि विकिरण के लिए चयन किया जाना चाहिए; संकुल सामग्री द्वारा उत्सर्जित एकल अल्फा कण एकल इवेंट अपसेट और क्षणिक स्मृति त्रुटियों (सॉफ्ट त्रुटियों) का कारण बन सकता है।
स्पेसफ्लाइट और सैन्य अनुप्रयोगों में परंपरागत रूप से भली भांति संवृत करके पैक किए गए माइक्रोक्रिस्केट्स (एचपीएम) का उपयोग किया जाता है। चूँकि, अधिकांश आधुनिक एकीकृत परिपथ केवल प्लास्टिक एनकैप्सुलेटेड माइक्रोक्रिस्केट्स (पीईएम) के रूप में उपलब्ध हैं। स्पेसफ्लाइट के लिए उचित योग्य पीईएम का उपयोग करके उचित निर्माण प्रथाओं का उपयोग किया जा सकता है।[4]
हाइब्रिड एकीकृत परिपथ
एकाधिक अर्धचालक डाई और असतत घटकों को सिरेमिक सब्सट्रेट पर एकत्र किया जा सकता है और तार बंधन के साथ परस्पर जुड़े रहते हैं। सब्सट्रेट बाहरी परिपथ से कनेक्शन की ओर जाता है, और पूर्ण वेल्डेड या फ्रिट कवर के साथ कवर किया गया है। इस प्रकार के उपकरणों का उपयोग तब किया जाता है जब आवश्यकताएं (ऊष्मा अपव्यय, ध्वनि, वोल्टेज रेटिंग, लीकेज धारा, या अन्य गुण) एकल-डाई एकीकृत परिपथ में उपलब्ध प्रदर्शन से अधिक होती हैं, या संकुल में एनालॉग और डिजिटल कार्यों को युग्मित करने के लिए होती हैं। इस प्रकार के संकुल निर्माण के लिए अपेक्षाकृत बहुमूल्य होते हैं, किन्तु एकीकृत परिपथों के अधिकांश अन्य लाभ प्रदान करते हैं।
मल्टी-चिप एकीकृत परिपथ संकुल का आधुनिक उदाहरण माइक्रोप्रोसेसर के कुछ मॉडल होंगे, जिसमें संकुल के भीतर कैश मैमोरी जैसी वस्तुओं के लिए भिन्न-भिन्न डाइ सम्मिलित हो सकते हैं। फ्लिप चिप नामक तकनीक में, डिजिटल एकीकृत परिपथ डाइज़ को विपरीत कर दिया जाता है और बड़ी प्रणाली में असेंबली के लिए मॉड्यूल कैरियर में सोल्डर किया जाता है।[5] इस तकनीक को आईबीएम ने प्रणाली/360 कंप्यूटरों में प्रयुक्त किया था।[6]
विशेष संकुल
अर्धचालक संकुल में विशेष सुविधाएँ सम्मिलित हो सकती हैं। लाइट-एमिटिंग या लाइट-सेंसिंग उपकरण के संकुल में पारदर्शी विंडो होनी चाहिए; ट्रांजिस्टर जैसे अन्य उपकरण स्ट्रे प्रकाश से विक्षुब्ध हो सकते हैं और अपारदर्शी संकुल की आवश्यकता होती है।[1] ईपीरोम उपकरण में पराबैंगनी प्रकाश को मेमोरी में प्रवेश करने और नष्ट करने की अनुमति देने के लिए क्वार्ट्ज विंडो की आवश्यकता होती है। प्रेशर-सेंसिंग एकीकृत परिपथ को संकुल पर पोर्ट की आवश्यकता होती है जिसे गैस या तरल दबाव स्रोत से जोड़ा जा सकता है।
माइक्रोवेव फ्रीक्वेंसी उपकरणों के पैकेजों को उनके लीड में न्यूनतम परजीवी अधिष्ठापन और संधारिता के लिए व्यवस्थित किया जाता है। अल्ट्रालो लीकेज (इलेक्ट्रॉनिक्स) धारा वाले उच्च-प्रतिबाधा उपकरणों के लिए संकुल की आवश्यकता होती है जो स्ट्रे धारा को प्रवाहित नहीं होने देते हैं, और इनपुट टर्मिनलों के चारों ओर गार्ड रिंग भी हो सकते हैं। विशेष आइसोलेशन एम्पलीफायर उपकरणों में इनपुट और आउटपुट के मध्य उच्च-वोल्टेज इंसुलेटिंग बैरियर सम्मिलित हैं, जो 1 kV या अधिक पर सक्रिय परिपथ से कनेक्शन की अनुमति देता है।
सर्वपूर्व बिंदु-कॉन्टैक्ट ट्रांजिस्टर ने धातु कार्ट्रिज-शैली के संकुल का उपयोग प्रारंभण के साथ किया था जो जर्मेनियम क्रिस्टल के साथ संपर्क बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले व्हिस्कर के समायोजन की अनुमति देता था; इस प्रकार के उपकरण केवल थोड़े समय के लिए सामान्य थे क्योंकि अधिक विश्वसनीय, कम श्रम-गहन प्रकार विकसित किए गए थे।[1]
मानक
वैक्यूम ट्यूबों की भांति, अर्धचालक संकुल मानकों को राष्ट्रीय या अंतर्राष्ट्रीय उद्योग संघों जैसे जेईडीईसी, प्रो इलेक्ट्रॉन, या ईआईएजे द्वारा परिभाषित किया जा सकता है, या किसी निर्माता के स्वामित्व में हो सकता है।
- Index.php?title=File:Electronic component transistors.jpg
मिश्रित असतत छेद के माध्यम से घटक
- Index.php?title=File:Kl National Semiconductor NS32008.jpg
48 पिन के साथ सिरेमिक दोहरी इन-लाइन पैकेज में माइक्रोप्रोसेसर
- Index.php?title=File:Silicon wafer.jpg
सिलिकॉन वेफर; भिन्न-भिन्न उपकरण (वर्गों में वीएलएसआई) तब तक उपयोग करने योग्य नहीं हैं, जब तक कि डाईस्ड, वायर-बॉन्डेड और पैक नहीं किये जाते हैं
- Index.php?title=File:LM386-Operational amplifier.jpg
प्लास्टिक डुअल-इन-लाइन पैकेज जिसमें एनालॉग एकीकृत परिपथ होता है। इसे सॉकेट में स्थापित किया जा सकता है या मुद्रित परिपथ बोर्ड में सोल्डर किया जा सकता है।
- Index.php?title=File:Thyristors thyristoren.jpg
निम्न धारा thyristor और हीट सिंक से आसक्ति के लिए थ्रेडेड स्टड के साथ उच्च शक्ति उपकरण और फ्लेक्सिबल लीड ऐसे पैकेज सैकड़ों एम्पीयर के लिए रेट किए गए उपकरणों के लिए उपयोग किए जाते हैं।
यह भी देखें
- चिप वाहक
- गोल्ड-एल्यूमीनियम इंटरमेटेलिक (बैंगनी प्लेग)
- एकीकृत परिपथ पैकेजिंग
- एकीकृत परिपथ संकुल आयामों की सारिणी
- आईबीएम सॉलिड लॉजिक टेक्नोलॉजी
- सरफेस-माउंट प्रौद्योगिकी
- थ्रू-होल प्रौद्योगिकी
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Lloyd P.Hunter (ed.), Handbook of Semiconductor Electronics, McGraw Hill, 1956 ,Library of Congress catalog 56-6869, no ISBN chapter 9
- ↑ 2.0 2.1 "क्वालिटी और लेड-फ्री (Pb-फ़्री): मार्किंग कन्वेंशन". Texas Instruments. Archived from the original on 2015-10-04. Retrieved August 6, 2015. </रेफरी><ref> Vintage Calculators Web Museum: Frequently Asked Questions: "Date codes on electronics components and circuit boards". Retrieved 2020-04-23.
- ↑ "Encapsulant - an overview | ScienceDirect Topics".
- ↑ Ronald K. Burek, Johns Hopkins APL Technical Digest. “The NEAR Solid-State Data Recorders.” 1998. Retrieved August 6, 2015.
- ↑ Keyan Bennaceur, Nature.com. “Mechanical Flip-Chip for Ultra-High Electron Mobility Devices.” September 22, 2015. April 23, 2015.
- ↑ Michael Pecht (ed) Integrated circuit, hybrid, and multichip module package design guidelines: a focus on reliability, Wiley-IEEE, 1994 ISBN 0-471-59446-6, page 183
