Që nga vitet 1980, dendësia e integrimit të qarqeve elektronike është rritur me një ritëm vjetor prej 1.5 herë ose më të shpejtë. Integrimi më i lartë çon në dendësi më të mëdha të rrymës dhe gjenerim të nxehtësisë gjatë funksionimit.Nëse nuk shpërndahet në mënyrë efikase, kjo nxehtësi mund të shkaktojë defekte termike dhe të zvogëlojë jetëgjatësinë e komponentëve elektronikë.
Për të përmbushur kërkesat në rritje të menaxhimit termik, materialet e paketimit elektronik të përparuara me përçueshmëri termike superiore po hulumtohen dhe optimizohen gjerësisht.
Material i përbërë diamant/bakër
01 Diamant dhe Bakër
Materialet tradicionale të paketimit përfshijnë qeramikën, plastikën, metalet dhe lidhjet e tyre. Qeramika si BeO dhe AlN shfaqin CTE që përputhen me gjysmëpërçuesit, stabilitet të mirë kimik dhe përçueshmëri termike të moderuar. Megjithatë, përpunimi i tyre kompleks, kostoja e lartë (veçanërisht BeO toksik) dhe brishtësia kufizojnë aplikimet. Paketimi plastik ofron kosto të ulët, peshë të lehtë dhe izolim, por vuan nga përçueshmëria e dobët termike dhe paqëndrueshmëria në temperaturë të lartë. Metalet e pastra (Cu, Ag, Al) kanë përçueshmëri të lartë termike, por CTE të tepërt, ndërsa lidhjet (Cu-W, Cu-Mo) kompromentojnë performancën termike. Kështu, nevojiten urgjentisht materiale të reja paketimi që balancojnë përçueshmërinë e lartë termike dhe CTE optimale.
| Përforcim | Përçueshmëria termike (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Dendësia (g/cm³) |
| Diamant | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| Grimcat BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| Grimcat AlN | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| Grimca SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| Grimca B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Fibër bori | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Grimcat TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Grimca Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| Mustaqe SiC | 32 | 3.4 | – |
| Grimca Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| Grimcat TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| Grimca SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Diamant, materiali natyror më i fortë i njohur (Mohs 10), gjithashtu zotëron cilësi të jashtëzakonshmepërçueshmëria termike (200–2200 W/(m·K)).
Mikro-pluhur diamanti
Bakër, me përçueshmëri e lartë termike/elektrike (401 W/(m·K)), duktiliteti dhe efikasiteti i kostos, përdoren gjerësisht në qarkun e integruar.
Duke kombinuar këto veti,kompozita diamanti/bakri (Dia/Cu).—me Cu si matricë dhe diamantin si përforcim—po dalin si materiale të menaxhimit termik të gjeneratës së ardhshme.
02 Metodat Kryesore të Fabrikimit
Metodat e zakonshme për përgatitjen e diamantit/bakrit përfshijnë: metalurgjinë pluhur, metodën e temperaturës dhe presionit të lartë, metodën e zhytjes në shkrirje, metodën e sinterimit me plazmë shkarkimi, metodën e spërkatjes së ftohtë, etj.
Krahasimi i metodave, proceseve dhe vetive të ndryshme të përgatitjes së kompozitëve diamanti/bakri me madhësi të vetme grimcash
| Parametri | Metalurgji pluhuri | Presimi i nxehtë me vakum | Sinterimi i plazmës me shkëndijë (SPS) | Temperaturë e Lartë me Presion të Lartë (HPHT) | Depozitimi me spërkatje të ftohtë | Infiltrimi i shkrirjes |
| Lloji i Diamantit | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matricë | 99.8% pluhur Cu | 99.9% pluhur elektrolitik i bakrit | 99.9% pluhur Cu | Aliazh/pluhur i pastër Cu | Pluhur i pastër i bakrit | Shufër/masa e pastër e Cu-së |
| Modifikimi i Ndërfaqes | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Madhësia e grimcave (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Pjesa e vëllimit (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Temperatura (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Presioni (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Koha (min) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Dendësia Relative (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Performanca | ||||||
| Përçueshmëria optimale termike (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Teknikat e zakonshme të përbërjes Dia/Cu përfshijnë:
(1)Metalurgji pluhuri
Pluhurat e përziera diamanti/Cu ngjeshen dhe sinterizohen. Ndërsa është me kosto efektive dhe e thjeshtë, kjo metodë jep dendësi të kufizuar, mikrostruktura jo-homogjene dhe dimensione të kufizuara të mostrës.
Snjësi internimi
(1)Temperaturë e Lartë me Presion të Lartë (HPHT)
Duke përdorur presa me shumë kudhra, Cu i shkrirë infiltron rrjetat e diamantit në kushte ekstreme, duke prodhuar kompozite të dendura. Megjithatë, HPHT kërkon forma të shtrenjta dhe është i papërshtatshëm për prodhim në shkallë të gjerë.
Cshtypi ubik
(1)Infiltrimi i shkrirjes
Cu i shkrirë përshkon paraformat e diamantit nëpërmjet infiltrimit të ndihmuar nga presioni ose të drejtuar nga kapilarët. Kompozitet që rezultojnë arrijnë përçueshmëri termike >446 W/(m·K).
(2)Sinterimi i plazmës me shkëndijë (SPS)
Rryma e pulsuar sintetizon me shpejtësi pluhurat e përziera nën presion. Megjithëse efikase, performanca e SPS përkeqësohet në fraksionet e diamantit >65% vol.
Diagrami skematik i sistemit të sinterimit të plazmës me shkarkim
(5) Depozitimi me spërkatje të ftohtë
Pluhurat përshpejtohen dhe depozitohen mbi substrate. Kjo metodë në zhvillim e sipër përballet me sfida në kontrollin e përfundimit të sipërfaqes dhe validimin e performancës termike.
03 Modifikimi i Ndërfaqes
Për përgatitjen e materialeve kompozite, lagja e ndërsjellë midis komponentëve është një parakusht i domosdoshëm për procesin kompozit dhe një faktor i rëndësishëm që ndikon në strukturën e ndërfaqes dhe gjendjen e lidhjes së ndërfaqes. Kushti i moslagjesjes në ndërfaqen midis diamantit dhe Cu çon në një rezistencë termike shumë të lartë të ndërfaqes. Prandaj, është shumë e rëndësishme të kryhen kërkime mbi modifikimin e ndërfaqes midis të dyjave përmes mjeteve të ndryshme teknike. Aktualisht, ekzistojnë kryesisht dy metoda për të përmirësuar problemin e ndërfaqes midis diamantit dhe matricës së Cu: (1) Trajtimi i modifikimit sipërfaqësor të diamantit; (2) Trajtimi i aliazhit të matricës së bakrit.
Diagrami skematik i modifikimit: (a) Veshja direkte në sipërfaqen e diamantit; (b) Lidhja e matricës
(1) Modifikimi sipërfaqësor i diamantit
Veshja e elementëve aktivë si Mo, Ti, W dhe Cr në shtresën sipërfaqësore të fazës përforcuese mund të përmirësojë karakteristikat ndërfaqësore të diamantit, duke rritur kështu përçueshmërinë e tij termike. Sinterimi mund t'i mundësojë elementëve të mësipërm të reagojnë me karbonin në sipërfaqen e pluhurit të diamantit për të formuar një shtresë kalimtare karbidi. Kjo optimizon gjendjen e lagies midis diamantit dhe bazës metalike, dhe veshja mund të parandalojë ndryshimin e strukturës së diamantit në temperatura të larta.
(2) Lidhja e matricës së bakrit
Përpara përpunimit kompozit të materialeve, bakri metalik trajtohet me para-aliazh, i cili mund të prodhojë materiale kompozite me përçueshmëri termike përgjithësisht të lartë. Dopimi i elementëve aktivë në matricën e bakrit jo vetëm që mund të zvogëlojë në mënyrë efektive këndin e lagies midis diamantit dhe bakrit, por gjithashtu të gjenerojë një shtresë karbidi që është e ngurtë dhe e tretshme në matricën e bakrit në ndërfaqen diamant/Cu pas reagimit. Në këtë mënyrë, shumica e boshllëqeve ekzistuese në ndërfaqen e materialit modifikohen dhe mbushen, duke përmirësuar kështu përçueshmërinë termike.
04 Përfundim
Materialet konvencionale të paketimit nuk arrijnë të menaxhojnë nxehtësinë nga çipat e përparuar. Kompozitet Dia/Cu, me CTE të akordueshme dhe përçueshmëri termike ultra të lartë, përfaqësojnë një zgjidhje transformuese për elektronikën e gjeneratës së ardhshme.
Si një ndërmarrje e teknologjisë së lartë që integron industrinë dhe tregtinë, XKH përqendrohet në kërkimin, zhvillimin dhe prodhimin e kompozitëve diamanti/bakri dhe kompozitëve të matricës metalike me performancë të lartë si SiC/Al dhe Gr/Cu, duke ofruar zgjidhje inovative të menaxhimit termik me përçueshmëri termike mbi 900W/(m·K) për fushat e paketimit elektronik, moduleve të energjisë dhe hapësirës ajrore.
XKH'Material kompozit i veshur me bakër diamanti, i laminuar:
Koha e postimit: 12 maj 2025
