1980-ci illərdən etibarən elektron sxemlərin inteqrasiya sıxlığı illik 1,5 × və ya daha sürətli sürətlə artır. Daha yüksək inteqrasiya əməliyyat zamanı daha çox cərəyan sıxlığına və istilik əmələ gəlməsinə səbəb olur.Səmərəli şəkildə yayılmasa, bu istilik istilik çatışmazlığına səbəb ola bilər və elektron komponentlərin ömrünü azalda bilər.
Artan istilik idarəetmə tələblərinə cavab vermək üçün üstün istilik keçiriciliyi olan qabaqcıl elektron qablaşdırma materialları geniş şəkildə araşdırılır və optimallaşdırılır.
Almaz/mis kompozit material
01 Almaz və Mis
Ənənəvi qablaşdırma materiallarına keramika, plastik, metallar və onların ərintiləri daxildir. BeO və AlN kimi keramika yarımkeçiricilərə uyğun CTEs, yaxşı kimyəvi sabitlik və orta istilik keçiriciliyi nümayiş etdirir. Bununla belə, onların mürəkkəb işlənməsi, yüksək qiyməti (xüsusilə zəhərli BeO) və kövrəkliyi tətbiqləri məhdudlaşdırır. Plastik qablaşdırma aşağı qiymət, yüngül çəki və izolyasiya təklif edir, lakin zəif istilik keçiriciliyindən və yüksək temperaturda qeyri-sabitlikdən əziyyət çəkir. Saf metallar (Cu, Ag, Al) yüksək istilik keçiriciliyinə malikdir, lakin həddindən artıq CTE-yə malikdir, ərintilər (Cu-W, Cu-Mo) isə istilik performansını pozur. Beləliklə, yüksək istilik keçiriciliyi və optimal CTE-ni balanslaşdıran yeni qablaşdırma materiallarına təcili ehtiyac var.
| Möhkəmləndirmə | İstilik keçiriciliyi (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Sıxlıq (q/sm³) |
| almaz | 700–2000 | 0,9-1,7 | 3.52 |
| BeO hissəcikləri | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN hissəcikləri | 150-250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC hissəcikləri | 80-200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C hissəcikləri | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Bor lifi | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC hissəcikləri | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ hissəcikləri | 20-40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC bığları | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ hissəcikləri | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ hissəcikləri | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ hissəcikləri | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
almaz, məlum olan ən sərt təbii material (Mohs 10), həmçinin müstəsna xüsusiyyətlərə malikdiristilik keçiriciliyi (200–2200 Vt/(m·K)).
Almaz mikro toz
Mis, ilə yüksək istilik/elektrik keçiriciliyi (401 Vt/(m·K)), çeviklik və səmərəlilik, IC-lərdə geniş istifadə olunur.
Bu xüsusiyyətləri birləşdirərək,almaz/mis (Dia/Cu) kompozitləri-matris kimi Cu və möhkəmləndirici kimi almaz - yeni nəsil istilik idarəetmə materialları kimi ortaya çıxır.
02 Əsas İstehsal Metodları
Almaz/mis hazırlamaq üçün ümumi üsullara aşağıdakılar daxildir: toz metallurgiyası, yüksək temperatur və yüksək təzyiq üsulu, ərimə daldırma üsulu, boşalma plazmasının sinterləmə üsulu, soyuq çiləmə üsulu və s.
Tək hissəcikli almaz/mis kompozitlərin müxtəlif hazırlanma üsulları, prosesləri və xassələrinin müqayisəsi
| Parametr | Toz metallurgiyası | Vakuum isti presləmə | Spark Plazma Sinterləmə (SPS) | Yüksək Təzyiqli Yüksək Temperatur (HPHT) | Soyuq Sprey Çöküntüsü | Əriyən infiltrasiya |
| Almaz Tipi | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matris | 99,8% Cu tozu | 99,9% elektrolitik Cu tozu | 99,9% Cu tozu | Ərinti/təmiz Cu tozu | Saf Cu tozu | Saf Cu toplu/çubuq |
| İnterfeys modifikasiyası | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Hissəcik ölçüsü (μm) | 100 | 106–125 | 100-400 | 20-200 | 35-200 | 50-400 |
| Həcmi Fraksiya (%) | 20-60 | 40-60 | 35-60 | 60–90 | 20-40 | 60-65 |
| Temperatur (°C) | 900 | 800-1050 | 880–950 | 1100-1300 | 350 | 1100-1300 |
| Təzyiq (MPa) | 110 | 70 | 40-50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Vaxt (dəq) | 60 | 60-180 | 20 | 6-10 | – | 5-30 |
| Nisbi Sıxlıq (%) | 98.5 | 99,2–99,7 | – | – | – | 99,4–99,7 |
| Performans | ||||||
| Optimal istilik keçiriciliyi (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Ümumi Dia/Cu kompozit üsullarına aşağıdakılar daxildir:
(1)Toz metallurgiyası
Qarışıq almaz/Cu tozları sıxılır və sinterlənir. Effektiv və sadə olsa da, bu üsul məhdud sıxlıq, qeyri-homogen mikrostrukturlar və məhdud nümunə ölçüləri verir.
Sintering vahid
(1)Yüksək Təzyiqli Yüksək Temperatur (HPHT)
Çox anvilli preslərdən istifadə edərək ərimiş Cu ekstremal şəraitdə almaz qəfəslərə sızaraq sıx kompozitlər əmələ gətirir. Bununla belə, HPHT bahalı qəliblər tələb edir və geniş miqyaslı istehsal üçün uyğun deyil.
Cubic press
(1)Əriyən infiltrasiya
Ərinmiş Cu təzyiqlə dəstəklənən və ya kapilyar idarə olunan infiltrasiya vasitəsilə almaz preformlarına nüfuz edir. Nəticədə kompozitlər >446 W/(m·K) istilik keçiriciliyinə nail olur.
(2)Spark Plazma Sinterləmə (SPS)
Pulse cərəyan təzyiq altında qarışıq tozları sürətlə sindirir. Effektiv olmasına baxmayaraq, SPS performansı >65 vol% almaz fraksiyalarında pisləşir.
Boşaltma plazmasının sinterləmə sisteminin sxematik diaqramı
(5) Soyuq Sprey Çöküntüsü
Tozlar sürətlənir və substratlara yerləşdirilir. Bu yeni yaranan metod səthin bitməsinə nəzarət və istilik performansının yoxlanılmasında çətinliklərlə üzləşir.
03 İnterfeys modifikasiyası
Kompozit materialların hazırlanması üçün komponentlər arasında qarşılıqlı nəmlənmə kompozit proses üçün zəruri şərtdir və interfeys strukturuna və interfeysin bağlanma vəziyyətinə təsir edən mühüm amildir. Almaz və Cu arasındakı interfeysdə islanmayan vəziyyət çox yüksək interfeys termal müqavimətinə səbəb olur. Buna görə də, müxtəlif texniki vasitələrlə ikisi arasındakı interfeysdə modifikasiya tədqiqatının aparılması çox vacibdir. Hal-hazırda, almaz və Cu matrisi arasında interfeys problemini yaxşılaşdırmaq üçün əsasən iki üsul var: (1) almazın səth modifikasiyası ilə işlənməsi; (2) Mis matrisinin ərintisi ilə emalı.
Modifikasiyanın sxematik diaqramı: (a) almazın səthinə birbaşa örtük; (b) Matris ərintisi
(1) Almazın səth modifikasiyası
Möhkəmləndirici fazanın səth qatına Mo, Ti, W və Cr kimi aktiv elementlərin örtülməsi almazın interfasial xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra və bununla da onun istilik keçiriciliyini artıra bilər. Sinterləmə yuxarıdakı elementlərin almaz tozunun səthindəki karbonla reaksiyaya girərək karbid keçid təbəqəsini meydana gətirməsinə imkan verə bilər. Bu, almaz və metal baza arasında ıslanma vəziyyətini optimallaşdırır və örtük almazın strukturunun yüksək temperaturda dəyişməsinin qarşısını ala bilər.
(2) Mis matrisinin ərintisi
Materialların kompozit emalından əvvəl, ümumiyyətlə yüksək istilik keçiriciliyi olan kompozit materiallar istehsal edə bilən metal mis üzərində əvvəlcədən ərinti müalicəsi aparılır. Mis matrisindəki dopinq aktiv elementləri nəinki almaz və mis arasındakı islatma bucağını effektiv şəkildə azalda bilər, həm də reaksiyadan sonra almaz/Cu interfeysində mis matrisdə bərk həll olunan karbid təbəqəsi yarada bilər. Bu şəkildə, material interfeysində mövcud olan boşluqların əksəriyyəti dəyişdirilir və doldurulur və bununla da istilik keçiriciliyi yaxşılaşdırılır.
04 Nəticə
Ənənəvi qablaşdırma materialları qabaqcıl çiplərdən istiliyi idarə etməkdə zəifdir. Tənzimlənən CTE və ultra yüksək istilik keçiriciliyinə malik Dia/Cu kompozitləri gələcək nəsil elektronika üçün transformativ həlli təmsil edir.
Sənaye və ticarəti birləşdirən yüksək texnologiyalı müəssisə kimi, XKH almaz/mis kompozitlərinin və SiC/Al və Gr/Cu kimi yüksək performanslı metal matris kompozitlərinin tədqiqi, inkişafı və istehsalına diqqət yetirir, istilik keçiriciliyi 900 Vt/(m·K)-dən çox olan innovativ istilik idarəetmə həllərini təmin edir, enerji modulları və qablaşdırma sahələri.
XKH's Diamond mis örtüklü laminat kompozit material:
Göndərmə vaxtı: 12 may 2025-ci il