Sûnt de jierren '80 is de yntegraasjetichtens fan elektroanyske circuits mei in jierlikse taryf fan 1,5 kear of rapper tanommen. Hegere yntegraasje liedt ta gruttere stroomtichtens en waarmtegeneraasje tidens operaasje.As dizze waarmte net effisjint ôffierd wurdt, kin it termyske storing feroarsaakje en de libbensdoer fan elektroanyske komponinten ferminderje.
Om te foldwaan oan eskalearjende easken foar termysk behear, wurde avansearre elektroanyske ferpakkingsmaterialen mei superieure termyske geliedingsfermogen wiidweidich ûndersocht en optimalisearre.
Diamant/koper kompositmateriaal
01 Diamant en Koper
Tradisjonele ferpakkingsmaterialen omfetsje keramyk, plestik, metalen en harren legeringen. Keramyk lykas BeO2 en AlN litte CTE's sjen dy't oerienkomme mei healgeleiders, goede gemyske stabiliteit en matige termyske geleidingsfermogen. Harren komplekse ferwurking, hege kosten (benammen giftige BeO2) en brosheid beheine lykwols tapassingen. Plestik ferpakking biedt lege kosten, licht gewicht en isolaasje, mar hat lêst fan minne termyske geleidingsfermogen en hege temperatuerynstabiliteit. Suvere metalen (Cu, Ag, Al) hawwe in hege termyske geleidingsfermogen, mar in oermjittige CTE, wylst legeringen (Cu-W, Cu-Mo) de termyske prestaasjes kompromittearje. Dêrom binne nije ferpakkingsmaterialen dy't in lykwicht fine tusken hege termyske geleidingsfermogen en optimale CTE driuwend nedich.
| Fersterking | Termyske geliedingsfermogen (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Dichtheid (g/cm³) |
| Diamant | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| BeO2-dieltsjes | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN-dieltsjes | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC-dieltsjes | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C-dieltsjes | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Boarfaser | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC-dieltsjes | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃-dieltsjes | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC-snorren | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄-dieltsjes | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂-dieltsjes | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂-dieltsjes | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Diamant, it hurdste bekende natuerlike materiaal (Mohs 10), hat ek útsûnderlike eigenskippentermyske geliedingsfermogen (200–2200 W/(m·K)).
Diamant mikro-poeier
Koper, mei hege termyske/elektryske geliedingsfermogen (401 W/(m·K)), duktiliteit en kosteneffisjinsje, wurdt in soad brûkt yn IC's.
Dizze eigenskippen kombinearje,diamant / koper (Dia / Cu) kompositen—mei Cu as de matriks en diamant as fersterking — komme op as termysk behearmaterialen fan 'e folgjende generaasje.
02 Wichtige fabrikaazjemetoaden
De mienskiplike metoaden foar it tarieden fan diamant/koper omfetsje: poedermetallurgy, hege-temperatuer- en hege-drukmetoade, smelt-immersjemetoade, ûntladingsplasmasintermetoade, kâlde spuitmetoade, ensfh.
Ferliking fan ferskate tariedingsmetoaden, prosessen en eigenskippen fan diamant/koper-kompositen mei ien dieltsjegrutte
| Parameter | Poedermetallurgy | Vakuüm hjitpersen | Spark Plasma Sintering (SPS) | Hege druk hege temperatuer (HPHT) | Kâlde spuitôfsetting | Smeltynfiltraasje |
| Diamanttype | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matriks | 99,8% Cu-poeier | 99,9% elektrolytysk Cu-poeier | 99,9% Cu-poeier | Legering/suver Cu-poeier | Suver Cu-poeier | Suvere Cu bulk/stôk |
| Ynterfacemodifikaasje | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Partikelgrutte (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Folumefraksje (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Temperatuer (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Druk (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Tiid (min) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Relative tichtens (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Optreden | ||||||
| Optimale termyske geliedingsfermogen (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Algemiene Dia / Cu-kompositetechniken omfetsje:
(1)Poedermetallurgy
Mingde diamant/Cu-poeders wurde komprimearre en sintere. Hoewol kosteneffektyf en ienfâldich, jout dizze metoade beheinde tichtens, inhomogene mikrostrukturen en beheinde sampleôfmjittings.
Synterferinsje-ienheid
(1)Hege druk hege temperatuer (HPHT)
Mei help fan multi-anvil-persen infiltrearret smelten Cu ûnder ekstreme omstannichheden diamantroosters, wêrtroch't tichte kompositen ûntsteane. HPHT fereasket lykwols djoere mallen en is net geskikt foar produksje op grutte skaal.
Cubic parse
(1)Smeltynfiltraasje
Smelten Cu penetrearret diamantfoarfoarmen fia druk-assistearre of kapillêr-oandreaune ynfiltraasje. De resultearjende kompositen berikke in termyske geliedingsfermogen fan >446 W/(m·K).
(2)Spark Plasma Sintering (SPS)
Pulsearre stroom sinteret mingde poeders fluch ûnder druk. Hoewol effisjint, nimt de SPS-prestaasje ôf by diamantfraksjes >65 vol%.
Skematysk diagram fan it ûntladingsplasma-sintersysteem
(5) Kâlde spuitôfsetting
Poeders wurde fersneld en ôfset op substraten. Dizze nije metoade stiet foar útdagings yn it kontrolearjen fan oerflakteôfwerking en termyske prestaasjesvalidaasje.
03 Ynterfacemodifikaasje
Foar de tarieding fan gearstalde materialen is de ûnderlinge bevochtiging tusken komponinten in needsaaklike betingst foar it gearstalde proses en in wichtige faktor dy't ynfloed hat op 'e ynterfacestruktuer en de ynterfacebiningstatus. De net-bevochtigingsomstannichheden op 'e ynterface tusken diamant en Cu liede ta in heul hege termyske wjerstân fan 'e ynterface. Dêrom is it tige wichtich om modifikaasjeûndersyk út te fieren nei de ynterface tusken de twa fia ferskate technyske middels. Op it stuit binne d'r benammen twa metoaden om it ynterfaceprobleem tusken diamant en Cu-matrix te ferbetterjen: (1) Oerflakmodifikaasjebehanneling fan diamant; (2) Legeringsbehanneling fan 'e kopermatrix.
Skematysk diagram fan modifikaasje: (a) Direkt platearjen op it oerflak fan diamant; (b) Matrixlegering
(1) Oerflakmodifikaasje fan diamant
It platearjen fan aktive eleminten lykas Mo, Ti, W en Cr op 'e oerflaklaach fan 'e fersterkjende faze kin de ynterface-eigenskippen fan diamant ferbetterje, wêrtroch't de termyske geliedingsfermogen fergruttet. Sinterjen kin de boppesteande eleminten yn steat stelle om te reagearjen mei de koalstof op it oerflak fan it diamantpoeier om in oergongslaach fan karbid te foarmjen. Dit optimalisearret de wietmeitsjende steat tusken de diamant en de metalen basis, en de coating kin foarkomme dat de struktuer fan 'e diamant feroaret by hege temperatueren.
(2) Legering fan 'e kopermatrix
Foar de gearstalde ferwurking fan materialen wurdt in foarlegearingsbehanneling útfierd op metallysk koper, wat gearstalde materialen kin produsearje mei in oer it algemien hege termyske geliedingsfermogen. Doping fan aktive eleminten yn 'e kopermatrix kin net allinich de bevochtigingshoeke tusken diamant en koper effektyf ferminderje, mar ek in karbidlaach generearje dy't nei de reaksje fêst oplosber is yn 'e kopermatrix by de diamant/Cu-ynterface. Op dizze manier wurde de measte gatten dy't besteane by de materiaalynterface oanpast en opfolle, wêrtroch't de termyske geliedingsfermogen ferbetteret.
04 Konklúzje
Konvinsjonele ferpakkingsmaterialen falle tekoart yn it behearen fan waarmte fan avansearre chips. Dia/Cu-kompositen, mei ynstelbere CTE en ultrahege termyske geliedingsfermogen, fertsjintwurdigje in transformaasje-oplossing foar elektroanika fan 'e folgjende generaasje.
As in hightech-ûndernimming dy't yndustry en hannel yntegrearret, rjochtet XKH him op it ûndersyk, de ûntwikkeling en de produksje fan diamant/koper-kompositen en heechweardige metaalmatrix-kompositen lykas SiC/Al en Gr/Cu, en leveret ynnovative termyske behearoplossingen mei in termyske geliedingsfermogen fan mear as 900W/(m·K) foar de fjilden fan elektroanyske ferpakking, stroommodules en loftfeart.
XKH's Diamant koperbeklaaid laminaat gearstald materiaal:
Pleatsingstiid: 12 maaie 2025