1980-жылдардан бери электрондук схемалардын интеграция тыгыздыгы жылына 1,5 эсе же андан тезирээк өсүп келе жатат. Жогорку интеграция токтун тыгыздыгынын жогорулашына жана иштөө учурунда жылуулуктун бөлүнүп чыгышына алып келет.Эгерде бул жылуулук натыйжалуу таркатылбаса, анда ал жылуулуктун бузулушуна алып келип, электрондук компоненттердин иштөө мөөнөтүн кыскартышы мүмкүн.
Жылуулук башкаруунун өсүп жаткан талаптарын канааттандыруу үчүн, жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө ээ болгон өнүккөн электрондук таңгактоочу материалдар кеңири изилденип жана оптималдаштырылууда.
Алмаз/жезден жасалган композиттик материал
01 Алмаз жана жез
Салттуу таңгактоочу материалдарга керамика, пластмасса, металлдар жана алардын эритмелери кирет. BeO жана AlN сыяктуу керамика жарым өткөргүчтөргө дал келген CTEлерди, жакшы химиялык туруктуулукту жана орточо жылуулук өткөрүмдүүлүктү көрсөтөт. Бирок, аларды татаал иштетүү, жогорку баа (айрыкча уулуу BeO) жана морттугу колдонууну чектейт. Пластик таңгактоо арзан баада, жеңил салмакта жана изоляцияда, бирок начар жылуулук өткөрүмдүүлүгү жана жогорку температурадагы туруксуздуктан жабыркайт. Таза металлдар (Cu, Ag, Al) жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө ээ, бирок ашыкча CTEге ээ, ал эми эритмелер (Cu-W, Cu-Mo) жылуулук көрсөткүчтөрүн төмөндөтөт. Ошентип, жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгүн жана оптималдуу CTEни тең салмактаган жаңы таңгактоочу материалдар шашылыш түрдө керек.
| Күчөтүү | Жылуулук өткөрүмдүүлүгү (Вт/(м·К)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Тыгыздык (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 муруту | 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, эң катуу белгилүү табигый материал (Мохс 10), ошондой эле өзгөчө касиетке ээжылуулук өткөрүмдүүлүгү (200–2200 Вт/(м·К)).
Алмаз микро-порошок
Жез, менен жогорку жылуулук/электр өткөрүмдүүлүгү (401 Вт/(м·К)), ийкемдүүлүк жана чыгымдардын натыйжалуулугу интегралдык микросхемаларда кеңири колдонулат.
Бул касиеттерди айкалыштырып,алмаз/жез (Dia/Cu) композиттери—матрица катары cu жана арматура катары алмаз менен бирге — кийинки муундагы жылуулукту башкаруу материалдары катары пайда болууда.
02 Негизги өндүрүш ыкмалары
Алмазды/жезди даярдоонун кеңири таралган ыкмаларына төмөнкүлөр кирет: порошок металлургиясы, жогорку температура жана жогорку басым ыкмасы, эритмеге чөмүлүү ыкмасы, разряддык плазмалык бышыруу ыкмасы, муздак чачыратуу ыкмасы ж.б.
Бир бөлүкчөлүү алмаз/жез композиттеринин ар кандай даярдоо ыкмаларын, процесстерин жана касиеттерин салыштыруу
| Параметр | Порошок металлургиясы | Вакуумдук ысык пресстөө | Spark Plasma Factory (SPS) | Жогорку басымдагы жогорку температура (HPHT) | Муздак чачыратуу | Эритинди инфильтрациясы |
| Алмаз түрү | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | КПК | MBD8/HHD |
| Матрица | 99,8% Cu порошогу | 99,9% электролиттик Cu порошогу | 99,9% Cu порошогу | Эритме/таза Cu порошогу | Таза Cu порошогу | Таза Cu жапырт/таякча |
| Интерфейсти өзгөртүү | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү (мкм) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Көлөмдүк 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 |
| Аткаруу | ||||||
| Оптималдуу жылуулук өткөрүмдүүлүгү (Вт/(м·К)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Common Dia / Cu курама ыкмалары төмөнкүлөрдү камтыйт:
(1)Порошок металлургиясы
Аралаш алмаз/Cu порошоктору тыгыздалып, блендерде блендерделет. Бул ыкма үнөмдүү жана жөнөкөй болгону менен, тыгыздыгы чектелген, микроструктуралары бирдей эмес жана үлгүнүн өлчөмдөрү чектелген.
Sөз ара аракеттенүүчү бирдик
(1)Жогорку басымдагы жогорку температура (HPHT)
Көп дөңсөөлүү пресстерди колдонуу менен, эритилген Cu экстремалдык шарттарда алмаз торчолоруна кирип, тыгыз композиттерди пайда кылат. Бирок, HPHT кымбат калыптарды талап кылат жана ири масштабдуу өндүрүш үчүн ылайыктуу эмес.
Cкеуде пресси
(1)Эритинди инфильтрациясы
Эритилген мис алмаздын преформаларына басымдын жардамы менен же капиллярдык инфильтрация аркылуу сиңет. Натыйжада алынган композиттер >446 Вт/(м·К) жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө жетишет.
(2)Spark Plasma Factory (SPS)
Импульстук ток аралаш порошокторду басым астында тез бышырат. Натыйжалуу болгону менен, SPSтин иштеши алмаз фракциялары >65 көлөм% болгондо начарлайт.
Разряддык плазмалык бышыруу системасынын схемалык диаграммасы
(5) Муздак чачыратуу
Порошоктор ылдамдатылат жана субстраттарга чөгөрүлөт. Бул жаңы ыкма беттик бүтүрүүнү көзөмөлдөө жана жылуулук көрсөткүчтөрүн текшерүүдө кыйынчылыктарга туш болууда.
03 Интерфейсти өзгөртүү
Композиттик материалдарды даярдоо үчүн компоненттердин ортосундагы өз ара нымдуулук композиттик процесстин зарыл шарты жана интерфейстин түзүлүшүнө жана интерфейс байланышынын абалына таасир этүүчү маанилүү фактор болуп саналат. Алмаз менен мис ортосундагы интерфейстеги нымдалбоо шарты интерфейстин абдан жогорку жылуулук каршылыгына алып келет. Ошондуктан, экөөнүн ортосундагы интерфейс боюнча ар кандай техникалык каражаттар аркылуу модификациялык изилдөөлөрдү жүргүзүү абдан маанилүү. Учурда алмаз менен мис матрицасынын ортосундагы интерфейс маселесин жакшыртуунун негизинен эки ыкмасы бар: (1) Алмаздын бетин модификациялоо; (2) Жез матрицасын легирлөө менен иштетүү.
Модификациялоо схемасынын диаграммасы: (а) Алмаздын бетине түз каптоо; (б) Матрицалык легирлөө
(1) Алмаздын бетин өзгөртүү
Арматуралоочу фазанын беттик катмарына Mo, Ti, W жана Cr сыяктуу активдүү элементтерди каптоо алмаздын беттик мүнөздөмөлөрүн жакшыртып, анын жылуулук өткөрүмдүүлүгүн жогорулатат. Бышыруу жогорудагы элементтердин алмаз порошогунун бетиндеги көмүртек менен реакцияга кирип, карбиддик өткөөл катмарды пайда кылышына мүмкүндүк берет. Бул алмаз менен металл негизинин ортосундагы нымдуулук абалын оптималдаштырат жана каптоо алмаздын түзүлүшүнүн жогорку температурада өзгөрүшүнө жол бербейт.
(2) Жез матрицасын легирлөө
Материалдарды композиттик иштетүүдөн мурун, металл жезге алдын ала легирлөө жүргүзүлөт, бул жалпысынан жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө ээ композиттик материалдарды алууга мүмкүндүк берет. Жез матрицасындагы активдүү элементтерди легирлөө алмаз менен жездин ортосундагы нымдоо бурчун натыйжалуу азайтып гана тим болбостон, реакциядан кийин алмаз/Cu интерфейсинде жез матрицасында катуу эрүүчү карбид катмарын да пайда кылат. Ушундай жол менен материалдын интерфейсиндеги боштуктардын көпчүлүгү өзгөртүлүп, толтурулат, ошону менен жылуулук өткөрүмдүүлүгү жакшырат.
04 Жыйынтык
Кадимки таңгактоочу материалдар өнүккөн чиптерден чыккан жылуулукту башкарууда жетишсиз. Жөнгө салынуучу CTE жана өтө жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгү бар Dia/Cu композиттери кийинки муундагы электроника үчүн трансформациялык чечимди билдирет.
Өнөр жайды жана сооданы бириктирген жогорку технологиялуу ишкана катары, XKH алмаз/жез композиттерин жана SiC/Al жана Gr/Cu сыяктуу жогорку өндүрүмдүү металл матрицалык композиттерин изилдөөгө, иштеп чыгууга жана өндүрүүгө басым жасайт жана электрондук таңгактоо, энергетикалык модулдар жана аэрокосмос тармактары үчүн 900 Вт/(м·К) ашык жылуулук өткөрүмдүүлүгү менен инновациялык жылуулук башкаруу чечимдерин сунуштайт.
XXKH'Алмаз жез менен капталган ламинат композиттик материалы:
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 12-майы