हीरा/तामा कम्पोजिटहरू - अर्को ठूलो कुरा!

१९८० को दशकदेखि, इलेक्ट्रोनिक सर्किटहरूको एकीकरण घनत्व वार्षिक १.५× वा छिटो दरले बढ्दै गएको छ। उच्च एकीकरणले सञ्चालनको क्रममा बढी वर्तमान घनत्व र ताप उत्पादन निम्त्याउँछ।यदि कुशलतापूर्वक नष्ट गरिएन भने, यो तापले थर्मल विफलता निम्त्याउन सक्छ र इलेक्ट्रोनिक कम्पोनेन्टहरूको आयु घटाउन सक्छ।

बढ्दो थर्मल व्यवस्थापन मागहरू पूरा गर्न, उत्कृष्ट थर्मल चालकता भएका उन्नत इलेक्ट्रोनिक प्याकेजिङ सामग्रीहरूको व्यापक अनुसन्धान र अनुकूलन भइरहेको छ।

हीरा/तामाको मिश्रित सामग्री

०१ हीरा र तामा

परम्परागत प्याकेजिङ सामग्रीहरूमा सिरेमिक, प्लास्टिक, धातु र तिनीहरूका मिश्र धातुहरू समावेश छन्। BeO र AlN जस्ता सिरेमिकहरूले अर्धचालकहरूसँग मिल्दो CTE हरू, राम्रो रासायनिक स्थिरता, र मध्यम थर्मल चालकता प्रदर्शन गर्छन्। यद्यपि, तिनीहरूको जटिल प्रशोधन, उच्च लागत (विशेष गरी विषाक्त BeO), र भंगुरताले अनुप्रयोगहरूलाई सीमित गर्दछ। प्लास्टिक प्याकेजिङले कम लागत, हल्का तौल, र इन्सुलेशन प्रदान गर्दछ तर कमजोर थर्मल चालकता र उच्च-तापमान अस्थिरताबाट ग्रस्त हुन्छ। शुद्ध धातुहरू (Cu, Ag, Al) मा उच्च थर्मल चालकता हुन्छ तर अत्यधिक CTE हुन्छ, जबकि मिश्र धातुहरू (Cu-W, Cu-Mo) ले थर्मल प्रदर्शनमा सम्झौता गर्छन्। यसरी, उच्च थर्मल चालकता र इष्टतम CTE सन्तुलन गर्ने नयाँ प्याकेजिङ सामग्रीहरू तुरुन्तै आवश्यक छन्।

हीरासबैभन्दा कडा ज्ञात प्राकृतिक पदार्थ (मोहस १०), मा पनि असाधारणतापीय चालकता (२००–२२०० वाट/(m·K)).

हीरा माइक्रो-पाउडर

तामा, संग उच्च तापीय/विद्युत चालकता (४०१ वाट/(m·K))IC हरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

यी गुणहरूलाई संयोजन गर्दै,हीरा/तामा (Dia/Cu) कम्पोजिट—Cu लाई म्याट्रिक्स र हीरालाई सुदृढीकरणको रूपमा लिएर — अर्को पुस्ताको थर्मल व्यवस्थापन सामग्रीको रूपमा उदाइरहेको छ।

०२ प्रमुख निर्माण विधिहरू

हीरा/तामा तयार गर्ने सामान्य विधिहरूमा समावेश छन्: पाउडर धातु विज्ञान, उच्च-तापमान र उच्च-दबाव विधि, पग्लने विसर्जन विधि, डिस्चार्ज प्लाज्मा सिंटरिङ विधि, चिसो स्प्रे गर्ने विधि, आदि।

एकल-कण आकारको हीरा/तामा कम्पोजिटहरूको विभिन्न तयारी विधिहरू, प्रक्रियाहरू र गुणहरूको तुलना

साधारण Dia/Cu कम्पोजिट प्रविधिहरू समावेश छन्:

(१)पाउडर धातु विज्ञान
मिश्रित हीरा/घन पाउडरहरू कम्प्याक्ट र सिन्टर गरिएका हुन्छन्। लागत-प्रभावी र सरल भए पनि, यो विधिले सीमित घनत्व, असंगत सूक्ष्म संरचनाहरू, र प्रतिबन्धित नमूना आयामहरू उत्पादन गर्दछ।

Sइन्टरिङ युनिट

(१)उच्च-चाप उच्च-तापमान (HPHT)
बहु-एभिल प्रेसहरू प्रयोग गरेर, पग्लिएको Cu ले चरम परिस्थितिहरूमा हीराका जालीहरू घुसाउँछ, जसले गर्दा घना कम्पोजिटहरू उत्पादन हुन्छन्। यद्यपि, HPHT लाई महँगो मोल्डहरू चाहिन्छ र ठूलो मात्रामा उत्पादनको लागि अनुपयुक्त छ।

Cयुबिक प्रेस

(१)पग्लने घुसपैठ
पग्लिएको Cu ले दबाब-सहायता वा केशिका-संचालित घुसपैठ मार्फत हीरा प्रिफर्महरू पार गर्दछ। परिणामस्वरूप कम्पोजिटहरूले ४४६ W/(m·K) भन्दा बढी थर्मल चालकता प्राप्त गर्दछ।

(२)स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिङ (SPS)
पल्स्ड करेन्टले दबाबमा मिश्रित पाउडरहरूलाई द्रुत गतिमा सिन्टर गर्छ। कुशल भए पनि, SPS कार्यसम्पादन ६५ भोल्युम% भन्दा बढी हीरा अंशहरूमा घट्छ।

डिस्चार्ज प्लाज्मा सिन्टरिङ प्रणालीको योजनाबद्ध रेखाचित्र

(५) चिसो स्प्रे निक्षेपण
पाउडरहरूलाई द्रुत बनाइन्छ र सब्सट्रेटहरूमा जम्मा गरिन्छ। यो नवजात विधिले सतह समाप्त नियन्त्रण र थर्मल प्रदर्शन प्रमाणीकरणमा चुनौतीहरूको सामना गर्दछ।

०३ इन्टरफेस परिमार्जन

कम्पोजिट सामग्रीको तयारीको लागि, कम्पोनेन्टहरू बीचको पारस्परिक भिजेको हुनु कम्पोजिट प्रक्रियाको लागि आवश्यक पूर्वशर्त हो र इन्टरफेस संरचना र इन्टरफेस बन्धन अवस्थालाई असर गर्ने महत्त्वपूर्ण कारक हो। हीरा र Cu बीचको इन्टरफेसमा भिजेको अवस्थाले धेरै उच्च इन्टरफेस थर्मल प्रतिरोध निम्त्याउँछ। त्यसकारण, विभिन्न प्राविधिक माध्यमहरू मार्फत दुई बीचको इन्टरफेसमा परिमार्जन अनुसन्धान सञ्चालन गर्नु धेरै महत्त्वपूर्ण छ। हाल, हीरा र Cu म्याट्रिक्स बीचको इन्टरफेस समस्या सुधार गर्न मुख्यतया दुई तरिकाहरू छन्: (१) हीराको सतह परिमार्जन उपचार; (२) तामा म्याट्रिक्सको मिश्र धातु उपचार।

परिमार्जन योजनाबद्ध रेखाचित्र: (क) हीराको सतहमा सिधा प्लेटिङ; (ख) म्याट्रिक्स मिश्र धातु

(१) हीराको सतह परिमार्जन

सुदृढीकरण चरणको सतह तहमा Mo, Ti, W र Cr जस्ता सक्रिय तत्वहरू प्लेटिङ गर्नाले हीराको अन्तर्मुखी विशेषताहरू सुधार गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा यसको थर्मल चालकता बढ्छ। सिंटरिङले माथिका तत्वहरूलाई हीरा पाउडरको सतहमा रहेको कार्बनसँग प्रतिक्रिया गरेर कार्बाइड ट्रान्जिसन तह बनाउन सक्षम बनाउँछ। यसले हीरा र धातुको आधार बीचको भिजेको अवस्थालाई अनुकूलन गर्छ, र कोटिंगले उच्च तापक्रममा हीराको संरचना परिवर्तन हुनबाट रोक्न सक्छ।

(२) तामा म्याट्रिक्सको मिश्र धातु

सामग्रीहरूको कम्पोजिट प्रशोधन गर्नु अघि, धातुको तामामा पूर्व-मिश्रण उपचार गरिन्छ, जसले सामान्यतया उच्च थर्मल चालकता भएका कम्पोजिट सामग्रीहरू उत्पादन गर्न सक्छ। तामा म्याट्रिक्समा सक्रिय तत्वहरूको डोपिङले हीरा र तामा बीचको भिजेको कोणलाई प्रभावकारी रूपमा कम गर्न मात्र सक्दैन, तर प्रतिक्रिया पछि हीरा /Cu इन्टरफेसमा तामा म्याट्रिक्समा ठोस घुलनशील कार्बाइड तह पनि उत्पन्न गर्दछ। यस तरिकाले, सामग्री इन्टरफेसमा अवस्थित धेरैजसो खाली ठाउँहरू परिमार्जन र भरिन्छन्, जसले गर्दा थर्मल चालकतामा सुधार हुन्छ।

०४ निष्कर्ष

उन्नत चिप्सबाट ताप व्यवस्थापन गर्न परम्परागत प्याकेजिङ सामग्रीहरू कम पर्छन्। ट्युनेबल CTE र अल्ट्राहाई थर्मल चालकता भएका Dia/Cu कम्पोजिटहरूले अर्को पुस्ताको इलेक्ट्रोनिक्सको लागि परिवर्तनकारी समाधानको प्रतिनिधित्व गर्छन्।

उद्योग र व्यापारलाई एकीकृत गर्ने उच्च-प्रविधि उद्यमको रूपमा, XKH ले हीरा/तामा कम्पोजिटहरू र SiC/Al र Gr/Cu जस्ता उच्च-प्रदर्शन धातु म्याट्रिक्स कम्पोजिटहरूको अनुसन्धान र विकास र उत्पादनमा ध्यान केन्द्रित गर्दछ, जसले इलेक्ट्रोनिक प्याकेजिङ, पावर मोड्युल र एयरोस्पेसका क्षेत्रहरूको लागि 900W/(m·K) भन्दा बढीको थर्मल चालकताका साथ नवीन थर्मल व्यवस्थापन समाधानहरू प्रदान गर्दछ।

XKHLanguage's हीरा तामाले ढाकिएको ल्यामिनेट कम्पोजिट सामग्री: