З 1980-х гадоў шчыльнасць інтэграцыі электронных схем штогод павялічваецца ў 1,5 раза або хутчэй. Больш высокая інтэграцыя прыводзіць да большай шчыльнасці току і цеплавыдзялення падчас працы.Калі гэта цяпло не рассейваецца эфектыўна, яно можа прывесці да цеплавога збою і скараціць тэрмін службы электронных кампанентаў.
Каб задаволіць растучыя патрабаванні да цеплавога кіравання, шырока даследуюцца і аптымізуюцца перадавыя матэрыялы для ўпакоўкі электронных прылад з найвышэйшай цеплаправоднасцю.
Кампазітны матэрыял з алмазу і медзі
01 Алмаз і медзь
Традыцыйныя ўпаковачныя матэрыялы ўключаюць кераміку, пластмасы, металы і іх сплавы. Кераміка, такая як BeO і AlN, мае КТР, адпаведныя паўправаднікам, добрую хімічную стабільнасць і ўмераную цеплаправоднасць. Аднак іх складаная апрацоўка, высокі кошт (асабліва таксічны BeO) і далікатнасць абмяжоўваюць іх прымяненне. Пластыкавая ўпакоўка прапануе нізкі кошт, лёгкую вагу і ізаляцыю, але пакутуе ад дрэннай цеплаправоднасці і высокатэмпературнай нестабільнасці. Чыстыя металы (Cu, Ag, Al) маюць высокую цеплаправоднасць, але празмерны КТР, у той час як сплавы (Cu-W, Cu-Mo) пагаршаюць цеплавыя характарыстыкі. Такім чынам, тэрмінова патрэбныя новыя ўпаковачныя матэрыялы, якія ўраўнаважваюць высокую цеплаправоднасць і аптымальны КТР.
| Арматура | Цеплаправоднасць (Вт/(м·К)) | КТР (×10⁻⁶/℃) | Шчыльнасць (г/см³) |
| Алмаз | 700–2000 | 0,9–1,7 | 3.52 |
| Часціцы BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| Часціцы AlN | 150–250 | 2,69 | 3.26 |
| Часціцы SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| Часціцы B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Боравае валакно | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Часціцы TiC | 40 | 7.4 | 4,92 |
| Часціцы Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3,98 |
| ніткі SiC | 32 | 3.4 | – |
| Часціцы Si₃N₄ | 28 | 1,44 | 3.18 |
| Часціцы TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| Часціцы SiO₂ | 1.4 | <1,0 | 2,65 |
Алмаз, самы цвёрды з вядомых прыродных матэрыялаў (па шкале Мооса 10), таксама валодае выключнай цвёрдасцюцеплаправоднасць (200–2200 Вт/(м·К)).
Алмазны мікрапарашок
Медзь, з высокая цепла-/электраправоднасць (401 Вт/(м·К)), пластычнасць і эканамічная эфектыўнасць, шырока выкарыстоўваецца ў ІС.
Спалучаючы гэтыя ўласцівасці,алмаз / медзь (Dia / Cu) кампазіты— з меддзю ў якасці матрыцы і алмазам у якасці армавальнага матэрыялу — з'яўляюцца матэрыяламі наступнага пакалення для рэгулявання тэмпературы.
02 Асноўныя метады вырабу
Да распаўсюджаных метадаў атрымання алмазаў/медзі адносяцца: парашковая металургія, метад высокай тэмпературы і высокага ціску, метад апускання ў расплав, метад плазменнага спякання, метад халоднага напылення і г.д.
Параўнанне розных метадаў падрыхтоўкі, працэсаў і ўласцівасцей алмазна-медных кампазітаў з адзінкавым памерам часціц
| Параметр | Парашковая металургія | Вакуумнае гарачае прэсаванне | Іскравае плазменнае спяканне (SPS) | Высокі ціск і высокая тэмпература (HPHT) | Халоднае распыленне | Інфільтрацыя расплаву |
| Тып дыямента | МБД8 | HFD-D | МБД8 | МБД4 | КПК | MBD8/HHD |
| Матрыца | 99,8% парашок медзі | 99,9% электралітычны парашок медзі | 99,9% парашок медзі | Сплаў/чысты парашок медзі | Чысты парашок медзі | Чыстая медзь насыпным/прутковым спосабам |
| Мадыфікацыя інтэрфейсу | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Памер часціц (мкм) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Аб'ёмная доля (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Тэмпература (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 гг. | 350 | 1100–1300 гг. |
| Ціск (МПа) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Час (хвіл.) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Адносная шчыльнасць (%) | 98,5 | 99,2–99,7 | – | – | – | 99,4–99,7 |
| Прадукцыйнасць | ||||||
| Аптымальная цеплаправоднасць (Вт/(м·К)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Распаўсюджаныя метады кампазітных вырабаў Dia/Cu ўключаюць:
(1)Парашковая металургія
Змяшаныя алмазна-медныя парашкі ўшчыльняюцца і спякаюцца. Нягледзячы на тое, што гэты метад эканамічна эфектыўны і просты, ён дае абмежаваную шчыльнасць, неаднародныя мікраструктуры і абмежаваныя памеры ўзораў.
Sінтэрнацыянальная адзінка
(1)Высокі ціск і высокая тэмпература (HPHT)
Пры выкарыстанні шматступенчатых прэсаў расплаўленая медзь пранікае ў алмазныя рашоткі ў экстрэмальных умовах, утвараючы шчыльныя кампазіты. Аднак высокая дакладнасць высокага ціску патрабуе дарагіх формаў і не падыходзіць для буйной вытворчасці.
Cubic press
(1)Інфільтрацыя расплаву
Расплаўленая медзь пранікае ў алмазныя загатоўкі шляхам інфільтрацыі пад ціскам або капілярным шляхам. Атрыманыя кампазіты дасягаюць цеплаправоднасці >446 Вт/(м·К).
(2)Іскравае плазменнае спяканне (SPS)
Імпульсны ток хутка спякае змешаныя парашкі пад ціскам. Нягледзячы на эфектыўнасць, прадукцыйнасць SPS пагаршаецца пры долі алмазаў >65 аб'ёмных%.
Схематычная дыяграма сістэмы плазменнага спякання
(5) Халоднае распыленне
Парашкі паскараюцца і наносяцца на падкладкі. Гэты новы метад сутыкаецца з праблемамі ў кантролі паверхневай аздаблення і праверцы цеплавых характарыстык.
03 Мадыфікацыя інтэрфейсу
Для падрыхтоўкі кампазітных матэрыялаў узаемнае змочванне паміж кампанентамі з'яўляецца неабходнай перадумовай для працэсу кампазіцыі і важным фактарам, які ўплывае на структуру міжфазнай мяжы і стан міжфазнай сувязі. Адсутнасць змочвання на мяжы паміж алмазам і меддзю прыводзіць да вельмі высокай тэрмічнай супраціўляльнасці мяжы. Таму вельмі важна праводзіць даследаванні па мадыфікацыі мяжы паміж імі з дапамогай розных тэхнічных сродкаў. У цяперашні час існуюць два асноўныя метады паляпшэння праблемы мяжы паміж алмазам і меднай матрыцай: (1) мадыфікацыя паверхні алмаза; (2) легіраванне меднай матрыцы.
Схематычная дыяграма мадыфікацыі: (а) Непасрэднае нанясенне пакрыццяў на паверхню алмаза; (б) Матрычнае легіраванне
(1) Мадыфікацыя паверхні алмаза
Нанясенне актыўных элементаў, такіх як Mo, Ti, W і Cr, на павярхоўны пласт армуючай фазы можа палепшыць міжфазныя характарыстыкі алмаза, тым самым павялічваючы яго цеплаправоднасць. Спяканне дазваляе вышэйзгаданым элементам рэагаваць з вугляродам на паверхні алмазнага парашка, утвараючы пераходны карбідны пласт. Гэта аптымізуе стан змочвання паміж алмазам і металічнай асновай, і пакрыццё можа прадухіліць змяненне структуры алмаза пры высокіх тэмпературах.
(2) Легіраванне меднай матрыцы
Перад кампазітнай апрацоўкай матэрыялаў металічная медзь падвяргаецца папярэдняй легіроўцы, што дазваляе атрымаць кампазітныя матэрыялы з высокай цеплаправоднасцю. Легіраванне актыўнымі элементамі ў меднай матрыцы не толькі эфектыўна зніжае кут змочвання паміж алмазам і меддзю, але і стварае карбідны пласт, які пасля рэакцыі растваральны ў меднай матрыцы на мяжы алмаз/медзь. Такім чынам, большасць зазораў, якія існуюць на мяжы матэрыялаў, мадыфікуюцца і запаўняюцца, тым самым паляпшаючы цеплаправоднасць.
04 Заключэнне
Традыцыйныя ўпаковачныя матэрыялы не спраўляюцца з цяплом, якое выпрацоўваецца перадавымі мікрасхемамі. Кампазіты Dia/Cu з рэгуляваным КТР і звышвысокай цеплаправоднасцю ўяўляюць сабой рэвалюцыйнае рашэнне для электронікі наступнага пакалення.
Як высокатэхналагічнае прадпрыемства, якое аб'ядноўвае прамысловасць і гандаль, XKH спецыялізуецца на даследаваннях, распрацоўках і вытворчасці алмазна-медных кампазітаў і высокапрадукцыйных металічных матрычных кампазітаў, такіх як SiC/Al і Gr/Cu, прапаноўваючы інавацыйныя рашэнні па кіраванні тэмпературай з цеплаправоднасцю больш за 900 Вт/(м·К) для галін электроннай ўпакоўкі, сілавых модуляў і аэракасмічнай прамысловасці.
XKH'Кампазітны матэрыял з алмазным медным пакрыццём:
Час публікацыі: 12 мая 2025 г.