Sedert die 1980's het die integrasiedigtheid van elektroniese stroombane teen 'n jaarlikse tempo van 1.5× of vinniger toegeneem. Hoër integrasie lei tot groter stroomdigthede en hitteopwekking tydens werking.Indien dit nie doeltreffend versprei word nie, kan hierdie hitte termiese mislukking veroorsaak en die lewensduur van elektroniese komponente verminder.
Om aan toenemende termiese bestuursvereistes te voldoen, word gevorderde elektroniese verpakkingsmateriale met superieure termiese geleidingsvermoë breedvoerig nagevors en geoptimaliseer.
Diamant/koper saamgestelde materiaal
01 Diamant en Koper
Tradisionele verpakkingsmateriaal sluit in keramiek, plastiek, metale en hul legerings. Keramiek soos BeO2 en AlN vertoon KTE's wat ooreenstem met halfgeleiers, goeie chemiese stabiliteit en matige termiese geleidingsvermoë. Hul komplekse verwerking, hoë koste (veral giftige BeO2) en brosheid beperk egter toepassings. Plastiekverpakking bied lae koste, ligte gewig en isolasie, maar ly aan swak termiese geleidingsvermoë en hoëtemperatuur-onstabiliteit. Suiwer metale (Cu, Ag, Al) het hoë termiese geleidingsvermoë, maar oormatige KTE, terwyl legerings (Cu-W, Cu-Mo) termiese prestasie in die gedrang bring. Dus is nuwe verpakkingsmateriaal wat hoë termiese geleidingsvermoë en optimale KTE balanseer dringend nodig.
| Versterking | Termiese geleidingsvermoë (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Digtheid (g/cm³) |
| Diamant | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| BeO2-deeltjies | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN-deeltjies | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC-deeltjies | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C-deeltjies | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Boorvesel | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC-deeltjies | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃-deeltjies | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC-snorre | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄-deeltjies | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂-deeltjies | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂-deeltjies | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Diamant, die hardste bekende natuurlike materiaal (Mohs 10), beskik ook oor uitsonderlike eienskappetermiese geleidingsvermoë (200–2200 W/(m·K)).
Diamant mikropoeier
Koper, met hoë termiese/elektriese geleidingsvermoë (401 W/(m·K)), duktiliteit en koste-effektiwiteit, word wyd gebruik in IC's.
Deur hierdie eienskappe te kombineer,diamant/koper (Dia/Cu) samestellings—met Cu as die matriks en diamant as versterking—besig om na vore te tree as die volgende generasie termiese bestuursmateriale.
02 Belangrike Vervaardigingsmetodes
Die algemene metodes vir die voorbereiding van diamant/koper sluit in: poeiermetallurgie, hoëtemperatuur- en hoëdrukmetode, smelt-onderdompelingsmetode, ontladingsplasmasintermetode, koue spuitmetode, ens.
Vergelyking van verskillende voorbereidingsmetodes, prosesse en eienskappe van enkeldeeltjiegrootte diamant/koper-komposiete
| Parameter | Poeiermetallurgie | Vakuum Warmpersing | Vonkplasma-sintering (SPS) | Hoëdruk-hoëtemperatuur (HPHT) | Koue Spuitafsetting | Smeltinfiltrasie |
| Diamanttipe | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matriks | 99.8% Cu-poeier | 99.9% elektrolitiese Cu-poeier | 99.9% Cu-poeier | Legering/suiwer Cu-poeier | Suiwer Cu-poeier | Suiwer Cu-bulk/staaf |
| Koppelvlakwysiging | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Deeltjiegrootte (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Volumefraksie (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Temperatuur (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Druk (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Tyd (min) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Relatiewe Digtheid (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Prestasie | ||||||
| Optimale Termiese Geleidingsvermoë (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Algemene Dia/Cu saamgestelde tegnieke sluit in:
(1)Poeiermetallurgie
Gemengde diamant/Cu-poeiers word gekompakteer en gesinter. Alhoewel dit koste-effektief en eenvoudig is, lewer hierdie metode beperkte digtheid, inhomogene mikrostrukture en beperkte monsterafmetings.
Stussen-eenheid
(1)Hoëdruk-hoëtemperatuur (HPHT)
Deur gebruik te maak van multi-aambeeld perse, infiltreer gesmelte Cu diamantroosters onder uiterste toestande, wat digte komposiete produseer. HPHT vereis egter duur vorms en is ongeskik vir grootskaalse produksie.
Cubic pers
(1)Smeltinfiltrasie
Gesmelte Cu deurdring diamantvoorvorms via drukondersteunde of kapillêr-gedrewe infiltrasie. Die gevolglike komposiete bereik >446 W/(m·K) termiese geleidingsvermoë.
(2)Vonkplasma-sintering (SPS)
Gepulseerde stroom sinter gemengde poeiers vinnig onder druk. Alhoewel doeltreffend, verswak SPS-prestasie by diamantfraksies >65 vol%.
Skematiese diagram van die ontladingsplasma-sinterstelsel
(5) Koue Spuitafsetting
Poeiers word versnel en op substrate neergelê. Hierdie ontluikende metode staar uitdagings in die gesig in oppervlakafwerkingbeheer en termiese werkverrigtingsvalidering.
03 Koppelvlakwysiging
Vir die voorbereiding van saamgestelde materiale is die wedersydse benatting tussen komponente 'n noodsaaklike voorvereiste vir die saamgestelde proses en 'n belangrike faktor wat die koppelvlakstruktuur en koppelvlakbindingstoestand beïnvloed. Die nie-benattingstoestand by die koppelvlak tussen diamant en Cu lei tot 'n baie hoë koppelvlaktermiese weerstand. Daarom is dit baie belangrik om modifikasienavorsing op die koppelvlak tussen die twee deur middel van verskeie tegniese middele uit te voer. Tans is daar hoofsaaklik twee metodes om die koppelvlakprobleem tussen diamant en Cu-matriks te verbeter: (1) Oppervlakmodifikasiebehandeling van diamant; (2) Legeringsbehandeling van die kopermatriks.
Skematiese wysigingsdiagram: (a) Direkte platering op die oppervlak van diamant; (b) Matrikslegering
(1) Oppervlakmodifikasie van diamant
Die platering van aktiewe elemente soos Mo, Ti, W en Cr op die oppervlaklaag van die versterkingsfase kan die tussenvlak-eienskappe van diamant verbeter en sodoende die termiese geleidingsvermoë daarvan verhoog. Sintering kan die bogenoemde elemente in staat stel om met die koolstof op die oppervlak van die diamantpoeier te reageer om 'n oorgangslaag van karbied te vorm. Dit optimaliseer die benattingstoestand tussen die diamant en die metaalbasis, en die deklaag kan voorkom dat die struktuur van die diamant by hoë temperature verander.
(2) Legering van die kopermatriks
Voor die saamgestelde verwerking van materiale word voorlegeringsbehandeling op metaalkoper uitgevoer, wat saamgestelde materiale met oor die algemeen hoë termiese geleidingsvermoë kan produseer. Dotering van aktiewe elemente in die kopermatriks kan nie net die benattingshoek tussen diamant en koper effektief verminder nie, maar ook 'n karbiedlaag genereer wat solied oplosbaar is in die kopermatriks by die diamant/Cu-koppelvlak na die reaksie. Op hierdie manier word die meeste van die gapings wat by die materiaalkoppelvlak bestaan, gewysig en gevul, waardeur die termiese geleidingsvermoë verbeter word.
04 Gevolgtrekking
Konvensionele verpakkingsmateriaal skiet tekort om hitte van gevorderde skyfies te bestuur. Dia/Cu-komposiete, met instelbare CTE en ultrahoë termiese geleidingsvermoë, verteenwoordig 'n transformerende oplossing vir die volgende generasie elektronika.
As 'n hoëtegnologie-onderneming wat nywerheid en handel integreer, fokus XKH op die navorsing, ontwikkeling en produksie van diamant/koper-komposiete en hoëprestasie-metaalmatriks-komposiete soos SiC/Al en Gr/Cu, wat innoverende termiese bestuursoplossings met termiese geleidingsvermoë van meer as 900W/(m·K) bied vir die velde van elektroniese verpakking, kragmodules en lugvaart.
XKH'Diamant koperbeklede laminaat saamgestelde materiaal:
Plasingstyd: 12 Mei 2025