1980-жылдардан бери электрондук схемалардын интеграциялык тыгыздыгы жыл сайын 1,5 × же андан да тезирээк өсүүдө. Жогорку интеграция токтун тыгыздыгына жана эксплуатация учурунда жылуулуктун пайда болушуна алып келет.Натыйжалуу таркатылбаса, бул жылуулук жылуулуктун бузулушуна алып келип, электрондук тетиктердин иштөө мөөнөтүн кыскартат.
Жылуулук башкаруунун күчөгөн талаптарын канааттандыруу үчүн жылуулук өткөргүчтүгү жогору болгон алдыңкы электрондук таңгактоочу материалдар кеңири изилденип, оптималдаштырылууда.
Алмаз/жез курама материал
01 Алмаз жана жез
Салттуу таңгактоочу материалдарга керамика, пластмасса, металл жана алардын эритмелери кирет. BeO жана AlN сыяктуу керамика жарым өткөргүчтөрдү, жакшы химиялык туруктуулукту жана орточо жылуулук өткөрүмдүүлүктү чагылдырган CTEлерди көрсөтөт. Бирок, алардын татаал кайра иштетүү, жогорку баасы (айрыкча уулуу BeO) жана морттук чектөө колдонмолор. Пластикалык таңгак арзан бааны, жеңил салмакты жана изоляцияны сунуштайт, бирок жылуулук өткөрүмдүүлүк жана жогорку температуранын туруксуздугунан жабыркайт. Таза металлдар (Cu, Ag, Al) жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүккө ээ, бирок ашыкча CTE, эритмелери (Cu-W, Cu-Mo) жылуулук көрсөткүчтөрүн начарлатат. Ошентип, тез арада жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүктү жана оптималдуу CTEди тең салмактаган жаңы таңгактоочу материалдар керек.
| Арматура | Жылуулук өткөрүмдүүлүк (Вт/(м·К)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Тыгыздыгы (г/см³) |
| Алмаз | 700–2000 | 0,9–1,7 | 3.52 |
| BeO бөлүкчөлөрү | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN бөлүкчөлөрү | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC бөлүкчөлөрү | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C бөлүкчөлөрү | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Бор буласы | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC бөлүкчөлөрү | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ бөлүкчөлөрү | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC муруттары | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ бөлүкчөлөрү | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ бөлүкчөлөрү | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ бөлүкчөлөрү | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Алмаз, катуу белгилүү табигый материал (Mohs 10), ошондой эле өзгөчө ээжылуулук өткөрүмдүүлүк (200–2200 Вт/(м·К)).
Алмаз микропорошок
Жез, менен жогорку жылуулук/электр өткөрүмдүүлүк (401 Вт/(м·К)), ийкемдүүлүк жана үнөмдүүлүк, ИКтерде кеңири колдонулат.
Бул касиеттерди бириктирип,алмаз/жез (Dia/Cu) композиттери— матрица катары Cu жана арматура катары алмаз — кийинки муундун жылуулук башкаруучу материалдары катары пайда болууда.
02 даярдоонун негизги ыкмалары
Алмаз/жезди даярдоонун кеңири таралган ыкмаларына төмөнкүлөр кирет: порошок металлургиясы, жогорку температурадагы жана жогорку басымдагы методу, эритинди чөмүү ыкмасы, разряддык плазманы агломерациялоо ыкмасы, муздак чачуу ыкмасы ж.б.
Бир бөлүкчөлүү алмаз/жез композиттерин даярдоонун ар кандай ыкмаларын, процесстерин жана касиеттерин салыштыруу
| Параметр | Порошок металлургиясы | Вакуумдук ысык пресстөө | Spark плазма агломерациялоо (SPS) | Жогорку басымдагы жогорку температура (HPHT) | Муздак спрей салуу | Эритме инфильтрация |
| Алмаз түрү | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Матрица | 99,8% Cu порошок | 99,9% электролиттик Cu порошок | 99,9% Cu порошок | Эритме/таза Cu порошок | Таза Cu порошок | Таза Cu массасы/таякчасы |
| Interface модификациясы | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү (мкм) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Көлөмдүн үлүшү (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Температура (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Басым (МПа) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Убакыт (мүн.) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Салыштырмалуу тыгыздык (%) | 98.5 | 99,2–99,7 | – | – | – | 99,4–99,7 |
| Performance | ||||||
| Оптималдуу жылуулук өткөрүмдүүлүк (Вт/(м·К)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Common Dia/Cu курама ыкмалары төмөнкүлөрдү камтыйт:
(1)Порошок металлургиясы
Аралаш алмаз/Cu порошоктору ныкталган жана агломерацияланган. үнөмдүү жана жөнөкөй болгонуна карабастан, бул ыкма чектелген тыгыздыкты, бир тектүү эмес микроструктураларды жана чектелген үлгү өлчөмдөрүн берет.
Sаралаш бирдиги
(1)Жогорку басымдагы жогорку температура (HPHT)
Көп кырдуу пресстерди колдонуу менен эритилген Cu экстремалдык шарттарда алмаз торлоруна кирип, тыгыз композиттерди пайда кылат. Бирок, HPHT кымбат калыптарды талап кылат жана ири өндүрүш үчүн жараксыз болуп саналат.
Cubic басма сөз
(1)Эритме инфильтрация
Эриген Cu бриллианттарды басымдын жардамы менен же капиллярдык инфильтрация аркылуу өткөрөт. Жыйынтыгында композиттер >446 Вт/(м·К) жылуулук өткөрүмдүүлүккө жетишет.
(2)Spark плазма агломерациялоо (SPS)
Импульстук ток басым астында аралаш порошокторду тез агломерациялайт. Натыйжалуу болгонуна карабастан, SPS көрсөткүчтөрү алмаз фракцияларында >65 % көлөмдө начарлайт.
Разряддык плазманы агломерациялоо системасынын схемалык схемасы
(5) Муздак спрей салуу
Порошок тездетилип, субстраттарга жайгаштырылат. Бул жаңы пайда болгон ыкма беттик бүтүрүү контролдоо жана жылуулук натыйжалуулугун текшерүүдө кыйынчылыктарга дуушар болот.
03 Интерфейстин модификациясы
Композиттик материалдарды даярдоо үчүн компоненттердин ортосундагы өз ара нымдоо композиттик процесстин зарыл шарты жана интерфейстин түзүлүшүнө жана интерфейстин байланыш абалына таасир этүүчү маанилүү фактор болуп саналат. Алмаз менен Cu ортосундагы интерфейстеги нымдуу эмес абал өтө жогорку интерфейстин термикалык каршылыгына алып келет. Ошондуктан, ар кандай техникалык каражаттар аркылуу экөөнүн ортосундагы интерфейсти өзгөртүү боюнча изилдөө жүргүзүү абдан маанилүү. Азыркы учурда, негизинен, алмаз жана Cu матрицасы ортосундагы Interface көйгөйдү жакшыртуу үчүн эки ыкмасы бар: (1) Алмаз Surface өзгөртүү дарылоо; (2) Жез матрицасын эритмелөө.
Өзгөртүү схемалык схемасы: (а) Алмаздын бетине түз каптоо; (б) матрицалык легирлөө
(1) Алмаздын беттик модификациясы
Арматура фазасынын беттик катмарына Mo, Ti, W жана Cr сыяктуу активдүү элементтерди каптоо алмаздын фаза аралык мүнөздөмөлөрүн жакшыртат, ошону менен анын жылуулук өткөрүмдүүлүгүн жогорулатат. Агломерациялоо жогорудагы элементтердин алмаз порошокунун бетиндеги көмүртек менен реакцияга кирип, карбиддик өткөөл катмарды түзүүгө мүмкүндүк берет. Бул алмаз менен металл негизинин ортосундагы нымдоо абалын оптималдаштырат жана каптоо алмаздын структурасынын жогорку температурада өзгөрүшүнө жол бербейт.
(2) Жез матрицасын эритмелөө
Материалдарды композиттик иштетүүдөн мурун, жалпысынан жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүккө ээ композиттик материалдарды чыгара ала турган металл жезге алдын ала легирлөөчү дарылоо жүргүзүлөт. Жез матрицасындагы допингдик активдүү элементтер алмаз менен жездин ортосундагы нымдоо бурчун эффективдүү түрдө азайтпастан, реакциядан кийин алмаз/Cu интерфейсинде жез матрицасында катуу эрүүчү карбид катмарын жаратышы мүмкүн. Ошентип, материалдык интерфейсте орун алган боштуктардын көбү өзгөртүлүп, толтурулат, ошону менен жылуулук өткөрүмдүүлүк жакшыртат.
04 Корутунду
Кадимки таңгактоочу материалдар өнүккөн чиптерден жылуулукту башкарууда жетишсиз. Жөндөлүүчү CTE жана өтө жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүккө ээ Dia/Cu композиттери кийинки муундагы электроника үчүн өзгөрүүчү чечим болуп саналат.
Өнөр жай менен сооданы интеграциялаган жогорку технологиялуу ишкана катары, XKH алмаз/жез композиттерин жана SiC/Al жана Gr/Cu сыяктуу жогорку натыйжалуу металл матрицалык композиттерин изилдөөгө жана иштеп чыгууга жана өндүрүүгө басым жасайт, жылуулук өткөрүмдүүлүгү 900 Вт/(м·К) дан жогору болгон жылуулукту башкаруунун инновациялык чечимдерин камсыз кылат, электроника жана электр модулдары үчүн.
XKH'с Алмаз жез капталган ламинат курама материал:
Посттун убактысы: Май-12-2025