1980-ci illərdən bəri elektron sxemlərin inteqrasiya sıxlığı illik 1,5 dəfə və ya daha sürətli artmaqdadır. Daha yüksək inteqrasiya əməliyyat zamanı daha yüksək cərəyan sıxlığına və istilik yaranmasına səbəb olur.Bu istilik səmərəli şəkildə yayılmazsa, istilik çatışmazlığına səbəb ola bilər və elektron komponentlərin ömrünü azalda bilər.
Artan istilik idarəetmə tələblərini ödəmək üçün üstün istilik keçiriciliyinə malik qabaqcıl elektron qablaşdırma materialları geniş şəkildə tədqiq və optimallaşdırılır.
Almaz/mis kompozit material
01 Almaz və Mis
Ənənəvi qablaşdırma materiallarına keramika, plastik, metal və onların ərintiləri daxildir. BeO və AlN kimi keramika yarımkeçiricilərə uyğun CTE-lər, yaxşı kimyəvi stabillik və orta istilik keçiriciliyi nümayiş etdirir. Lakin onların mürəkkəb emalı, yüksək qiyməti (xüsusilə zəhərli BeO) və kövrəkliyi tətbiqləri məhdudlaşdırır. Plastik qablaşdırma aşağı qiymət, yüngül çəki və izolyasiya təklif edir, lakin zəif istilik keçiriciliyi və yüksək temperatur qeyri-sabitliyindən əziyyət çəkir. Saf metallar (Cu, Ag, Al) yüksək istilik keçiriciliyinə malikdir, lakin həddindən artıq CTE-yə malikdir, ərintilər isə (Cu-W, Cu-Mo) istilik performansını pozur. Beləliklə, yüksək istilik keçiriciliyi və optimal CTE-ni tarazlayan yeni qablaşdırma materiallarına təcili ehtiyac var.
| Gücləndirmə | 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 |
AlmazƏn 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)), elastiklik və xərc səmərəliliyi, IC-lərdə geniş istifadə olunur.
Bu xüsusiyyətləri birləşdirərək,almaz/mis (Dia/Cu) kompozitləri—Cu matris, almaz isə möhkəmləndirici kimi istifadə olunmaqla — yeni nəsil istilik idarəetmə materialları kimi ortaya çıxır.
02 Əsas İstehsal Üsulları
Almaz/mis hazırlamaq üçün ümumi üsullara aşağıdakılar daxildir: toz metallurgiyası, yüksək temperatur və yüksək təzyiq metodu, əriməyə batırma metodu, boşaltma plazma sinterləmə metodu, soyuq püskürtmə metodu və s.
Tək hissəcik ölçülü almaz/mis kompozitlərinin müxtəlif hazırlama üsullarının, proseslərinin və xüsusiyyətlərinin müqayisəsi
| Parametr | Toz Metallurgiyası | Vakuum İsti Presləmə | Qığılcım Plazma Sinterləmə (SPS) | Yüksək Təzyiqli Yüksək Temperatur (HPHT) | Soyuq Sprey Çöküntüsü | Ərimə İnfiltrasiyası |
| Almaz növü | 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 |
| Həcm Fraksiyası (%) | 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 İstilik Keçiriciliyi (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Ümumi Dia/Cu kompozit üsullarına aşağıdakılar daxildir:
(1)Toz Metallurgiyası
Qarışıq almaz/Cu tozları sıxlaşdırılır və sinterləşdirilir. Bu üsul səmərəli və sadə olsa da, məhdud sıxlıq, qeyri-bərabər mikrostrukturlar və məhdud nümunə ölçüləri verir.
Sqarşılıqlı vahid
(1)Yüksək Təzyiqli Yüksək Temperatur (HPHT)
Çox zindanlı preslərdən istifadə edərək, əridilmiş Cu ekstremal şəraitdə almaz qəfəslərinə sızaraq sıx kompozitlər istehsal edir. Lakin, HPHT bahalı qəliblər tələb edir və genişmiqyaslı istehsal üçün yararsızdır.
Cubik mətbuat
(1)Ərimə İnfiltrasiyası
Əridilmiş Cu, təzyiqlə və ya kapilyarla idarə olunan infiltrasiya yolu ilə almaz preformlarına nüfuz edir. Nəticədə əldə edilən kompozitlər >446 Vt/(m·K) istilik keçiriciliyinə nail olur.
(2)Qığılcım Plazma Sinterləmə (SPS)
İmpulslu cərəyan qarışıq tozları təzyiq altında sürətlə sinterləşdirir. Səmərəli olsa da, SPS göstəriciləri almaz fraksiyaları >65 həcm%-də pisləşir.
Boşaltma plazma sinterləmə sisteminin sxematik diaqramı
(5) Soyuq Sprey Çöküntüsü
Tozlar sürətləndirilir və substratlara çökdürülür. Bu yeni üsul səthin işlənməsinin idarə edilməsi və istilik performansının təsdiqlənməsi ilə bağlı çətinliklərlə üzləşir.
03 İnterfeys Modifikasiyası
Kompozit materialların hazırlanması üçün komponentlər arasında qarşılıqlı islanma kompozit prosesi üçün zəruri şərtdir və səth quruluşuna və səth bağlanma vəziyyətinə təsir edən vacib amildir. Almaz və Cu arasındakı səthdə islanmama vəziyyəti səthin çox yüksək istilik müqavimətinə səbəb olur. Buna görə də, müxtəlif texniki vasitələrlə ikisi arasındakı səth üzərində modifikasiya tədqiqatları aparmaq çox vacibdir. Hazırda almaz və Cu matrisi arasındakı səth problemini yaxşılaşdırmaq üçün əsasən iki üsul mövcuddur: (1) Almazın səth modifikasiyası ilə işlənməsi; (2) Mis matrisinin lehimləmə ilə işlənməsi.
Modifikasiya sxematik diaqramı: (a) Almazın səthində birbaşa örtük; (b) Matris ərintiləri
(1) Almazın səthinin modifikasiyası
Möhkəmləndirici fazanın səth təbəqəsinə Mo, Ti, W və Cr kimi aktiv elementlərin çəkilməsi almazın səth xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra və bununla da onun istilik keçiriciliyini artıra bilər. Sinterləmə yuxarıdakı elementlərin almaz tozunun səthindəki karbonla reaksiyaya girərək karbid keçid təbəqəsi əmələ gətirməsinə imkan verə bilər. Bu, almaz və metal əsas arasındakı islanma vəziyyətini optimallaşdırır və örtük almazın strukturunun yüksək temperaturda dəyişməsinin qarşısını ala bilər.
(2) Mis matrisinin ərintiləşdirilməsi
Materialların kompozit emalından əvvəl, metal mis üzərində əvvəlcədən ərinti emalı aparılır ki, bu da ümumiyyətlə yüksək istilik keçiriciliyinə malik kompozit materiallar istehsal etməyə imkan verir. Mis matrisində aktiv elementlərin aşqarlanması yalnız almaz və mis arasındakı islanma bucağını effektiv şəkildə azaltmaqla yanaşı, reaksiyadan sonra almaz/Cu sərhədində mis matrisində bərk şəkildə həll olan karbid təbəqəsi yarada bilər. Bu şəkildə, material sərhədində mövcud olan boşluqların əksəriyyəti dəyişdirilir və doldurulur və bununla da istilik keçiriciliyi artır.
04 Nəticə
Ənənəvi qablaşdırma materialları qabaqcıl çiplərdən çıxan istiliyi idarə etməkdə çatışmazlıqlara malikdir. Tənzimlənən CTE və ultra yüksək istilik keçiriciliyinə malik Dia/Cu kompozitləri yeni nəsil elektronika üçün transformativ bir həlldir.
Sənaye və ticarəti birləşdirən yüksək texnologiyalı bir müəssisə olaraq, XKH, elektron qablaşdırma, enerji modulları və aerokosmik sahələr üçün 900 Vt/(m·K)-dən çox istilik keçiriciliyinə malik innovativ istilik idarəetmə həlləri təqdim edərək, almaz/mis kompozitlərinin və SiC/Al və Gr/Cu kimi yüksək performanslı metal matris kompozitlərinin tədqiqi, inkişafı və istehsalına diqqət yetirir.
XXKH's Almaz mis örtüklü laminat kompozit material:
Yayımlanma vaxtı: 12 may 2025