Ekde la 1980-aj jaroj, la integriĝdenseco de elektronikaj cirkvitoj kreskas je jara rapideco de 1,5× aŭ pli rapide. Pli alta integriĝo kondukas al pli grandaj kurentdensecoj kaj varmogenerado dum funkciado.Se ne efike disipita, ĉi tiu varmo povas kaŭzi termikan paneon kaj redukti la vivdaŭron de elektronikaj komponantoj.
Por plenumi kreskantajn postulojn pri termika administrado, progresintaj elektronikaj pakmaterialoj kun supera varmokondukteco estas amplekse esplorataj kaj optimumigitaj.
Diamanto/kupro kompozita materialo
01 Diamanto kaj Kupro
Tradiciaj pakmaterialoj inkluzivas ceramikaĵojn, plastojn, metalojn kaj iliajn alojojn. Ceramikaĵoj kiel BeO kaj AlN montras CTE-ojn kongruajn kun duonkonduktaĵoj, bonan kemian stabilecon kaj moderan varmokonduktecon. Tamen, ilia kompleksa prilaborado, alta kosto (precipe toksa BeO) kaj rompiĝemo limigas aplikojn. Plastaj pakmaterialoj ofertas malaltan koston, malpezan pezon kaj izoladon, sed suferas pro malbona varmokondukteco kaj alt-temperatura malstabileco. Puraj metaloj (Cu, Ag, Al) havas altan varmokonduktecon sed troan CTE, dum alojoj (Cu-W, Cu-Mo) kompromitas la termikan elfaron. Tial, novaj pakmaterialoj ekvilibrigantaj altan varmokonduktecon kaj optimuman CTE estas urĝe bezonataj.
| Plifortigo | Varma Konduktiveco (W/(m·K)) | KTE (×10⁻⁶/℃) | Denseco (g/cm³) |
| Diamanto | 700–2000 | 0,9–1,7 | 3.52 |
| BeO-partikloj | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN-partikloj | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC-partikloj | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C-partikloj | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Bora fibro | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC-partikloj | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃-partikloj | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC-buŝharoj | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄-partikloj | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂-partikloj | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂-partikloj | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Diamanto, la plej malmola konata natura materialo (Mohs 10), ankaŭ posedas esceptajnvarmokondukteco (200–2200 W/(m·K)).
Diamanta mikro-pulvoro
Kupro, kun alta termika/elektra konduktiveco (401 W/(m·K)), duktileco, kaj kostefikeco, estas vaste uzata en IC-oj.
Kombinante ĉi tiujn ecojn,diamanto/kupro (Dia/Cu) kunmetaĵoj—kun Cu kiel la matrico kaj diamanto kiel plifortikigo — aperas kiel venontgeneraciaj termikaj mastrumadmaterialoj.
02 Ŝlosilaj Fabrikmetodoj
La komunaj metodoj por prepari diamanton/kupron inkluzivas: pulvormetalurgion, alttemperaturan kaj altpreman metodon, fandmergan metodon, malŝarĝplasman sintradon, malvarman ŝprucmetodon, ktp.
Komparo de malsamaj preparmetodoj, procezoj kaj ecoj de unu-partiklaj diamanto-/kupraj kompozitoj
| Parametro | Pulvora metalurgio | Vakua Varma-Premado | Sparka Plasmo-Sinterizado (SPS) | Alta Premo Alta Temperaturo (HPHT) | Malvarma Ŝpruca Deponado | Fandada Enfiltriĝo |
| Diamanta Tipo | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matrico | 99.8% Cu-pulvoro | 99.9% elektroliza Cu-pulvoro | 99.9% Cu-pulvoro | Alojo/pura Cu-pulvoro | Pura Cu-pulvoro | Pura Kuprogroco/bastono |
| Interfaca Modifo | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Partikla Grandeco (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Volumena Frakcio (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Temperaturo (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Premo (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Tempo (minutoj) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Relativa Denseco (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Elfaro | ||||||
| Optimuma Termika Konduktiveco (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Oftaj Dia/Cu kunmetitaj teknikoj inkludas:
(1)Pulvora metalurgio
Miksitaj diamanto/Cu-pulvoroj estas kompaktigitaj kaj sinteritaj. Kvankam kostefika kaj simpla, ĉi tiu metodo donas limigitan densecon, enhomogenajn mikrostrukturojn kaj limigitajn specimenajn dimensiojn.
Senteriga unuo
(1)Alta Premo Alta Temperaturo (HPHT)
Uzante plur-ambosajn premilojn, fandita Kupro enfiltras diamantajn kradojn sub ekstremaj kondiĉoj, produktante densajn kompozitojn. Tamen, HPHT postulas multekostajn ŝimojn kaj ne taŭgas por grandskala produktado.
Cubic-gazetaro
(1)Fandada Enfiltriĝo
Fandita kupro trapenetras diamantajn preformojn per prem-helpata aŭ kapilare movita enfiltriĝo. Rezultantaj kompozitoj atingas varmokonduktecon >446 W/(m·K).
(2)Sparka Plasmo-Sinterizado (SPS)
Pulsita kurento rapide sinteras miksitajn pulvorojn sub premo. Kvankam efika, la SPS-efikeco degradas ĉe diamantaj frakcioj >65 vol%.
Skemdiagramo de la senŝarga plasma sintrada sistemo
(5) Malvarma Ŝprucdeponado
Pulvoroj estas akcelitaj kaj deponitaj sur substratojn. Ĉi tiu komencanta metodo alfrontas defiojn en kontrolo de surfaca finpoluro kaj validigo de termika agado.
03 Interfaca Modifo
Por la preparado de kompozitaj materialoj, la reciproka malsekiĝo inter la komponantoj estas necesa antaŭkondiĉo por la kompozita procezo kaj grava faktoro influanta la interfacan strukturon kaj la interfacan ligstaton. La ne-malsekiĝo ĉe la interfaco inter diamanto kaj Kupro kondukas al tre alta interfaca termika rezisto. Tial, estas tre grave fari modifesploradon ĉe la interfaco inter la du per diversaj teknikaj rimedoj. Nuntempe, ekzistas ĉefe du metodoj por plibonigi la interfacan problemon inter diamanto kaj Kupra matrico: (1) Surfaca modiftraktado de diamanto; (2) Alojiga traktado de la kupra matrico.
Skemdiagramo de modifo: (a) Rekta tegaĵo sur la surfaco de diamanto; (b) Matrica alojado
(1) Surfaca modifo de diamanto
Tegaĵo de aktivaj elementoj kiel Mo, Ti, W kaj Cr sur la surfacan tavolon de la plifortiga fazo povas plibonigi la interfacajn karakterizaĵojn de diamanto, tiel plibonigante ĝian varmokonduktecon. Sinterado povas ebligi al la supre menciitaj elementoj reagi kun la karbono sur la surfaco de la diamanta pulvoro por formi karbidan transiran tavolon. Ĉi tio optimumigas la malsekiĝon inter la diamanto kaj la metala bazo, kaj la tegaĵo povas malhelpi la strukturon de la diamanto ŝanĝiĝi je altaj temperaturoj.
(2) Alojado de la kupra matrico
Antaŭ la kompozita prilaborado de materialoj, antaŭ-aloja traktado estas efektivigita sur metala kupro, kiu povas produkti kompozitajn materialojn kun ĝenerale alta varmokondukteco. Dopado de aktivaj elementoj en la kupra matrico povas ne nur efike redukti la malsekigan angulon inter diamanto kaj kupro, sed ankaŭ generi karbidan tavolon, kiu estas solide solvebla en la kupra matrico ĉe la diamanto/Cu-interfaco post la reakcio. Tiel, la plej multaj el la interspacoj ekzistantaj ĉe la materiala interfaco estas modifitaj kaj plenigitaj, tiel plibonigante la varmokonduktecon.
04 Konkludo
Konvenciaj pakmaterialoj ne sukcesas administri varmon de progresintaj ĉipoj. Dia/Cu kompozitoj, kun agordebla CTE kaj ultraalta varmokondukteco, reprezentas transforman solvon por la sekva generacio de elektroniko.
Kiel altteknologia entrepreno integranta industrion kaj komercon, XKH fokusiĝas al la esplorado, disvolviĝo kaj produktado de diamanto/kupraj kompozitoj kaj alt-efikecaj metalmatricaj kompozitoj kiel SiC/Al kaj Gr/Cu, provizante novigajn termikajn mastrumadajn solvojn kun termika konduktiveco de pli ol 900W/(m·K) por la kampoj de elektronika pakado, potencaj moduloj kaj aerspaca industrio.
XKH's Diamanta kupro-kovrita lamena kompozita materialo:
Afiŝtempo: 12-majo-2025