1980 жылдардан бастап электронды схемалардың интеграциялық тығыздығы жыл сайын 1,5 × немесе одан да жылдам өсті. Жоғары интеграция токтың тығыздығына және жұмыс кезінде жылу пайда болуына әкеледі.Тиімді түрде бөлінбесе, бұл қызу термиялық бұзылуды тудыруы және электрондық компоненттердің қызмет ету мерзімін қысқартуы мүмкін.
Жылуды басқарудың өскелең талаптарын қанағаттандыру үшін жылу өткізгіштігі жоғары жетілдірілген электронды орауыш материалдары жан-жақты зерттеліп, оңтайландырылуда.
Алмаз/мыс композициялық материал
01 Алмаз және мыс
Дәстүрлі орау материалдарына керамика, пластмасса, металдар және олардың қорытпалары жатады. BeO және AlN сияқты керамика жартылай өткізгіштерге сәйкес келетін CTE, жақсы химиялық тұрақтылық және қалыпты жылу өткізгіштігін көрсетеді. Дегенмен, олардың күрделі өңделуі, жоғары құны (әсіресе улы BeO) және сынғыштығы қолдануды шектейді. Пластикалық қаптама төмен бағаны, жеңіл салмақты және оқшаулауды ұсынады, бірақ нашар жылу өткізгіштік пен жоғары температураның тұрақсыздығынан зардап шегеді. Таза металдар (Cu, Ag, Al) жоғары жылу өткізгіштікке ие, бірақ шамадан тыс CTE, ал қорытпалар (Cu-W, Cu-Mo) жылу өнімділігін төмендетеді. Осылайша, жоғары жылу өткізгіштік пен оңтайлы CTE теңестіретін жаңа орауыш материалдары шұғыл қажет.
| Арматура | Жылу өткізгіштік (Вт/(м·К)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Тығыздығы (г/см³) |
| Алмаз | 700–2000 | 0,9–1,7 | 3.52 |
| BeO бөлшектері | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN бөлшектері | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC бөлшектері | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C бөлшектері | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Бор талшығы | 40 | ~5,0 | 2.6 |
| TiC бөлшектері | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ бөлшектері | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC мұрттары | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ бөлшектер | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ бөлшектері | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ бөлшектері | 1.4 | <1,0 | 2.65 |
Алмаз, ең қатты белгілі табиғи материал (Mohs 10), сондай-ақ ерекше иежылу өткізгіштік (200–2200 Вт/(м·К)).
Алмаз микроұнтағы
Мыс, бірге жоғары жылу/электр өткізгіштігі (401 Вт/(м·К)), икемділік және үнемділік IC-де кеңінен қолданылады.
Осы қасиеттерді біріктіре отырып,алмаз/мыс (Dia/Cu) композиттері— матрица ретінде Cu және арматура ретінде алмас — келесі буынның жылуды басқару материалдары ретінде пайда болады.
02 Негізгі дайындау әдістері
Алмаз/мысты дайындаудың жалпы әдістеріне мыналар жатады: ұнтақ металлургиясы, жоғары температурада және жоғары қысымда әдіс, балқымаға батыру әдісі, разрядтық плазмалық агломерация әдісі, суық бүрку әдісі және т.б.
Бір бөлшекті алмаз/мыс композиттерінің әртүрлі дайындау әдістерін, процестерін және қасиеттерін салыстыру
| Параметр | Ұнтақты металлургия | Вакуумды ыстық престеу | Spark плазмалық агломерация (SPS) | Жоғары қысымды жоғары температура (HPHT) | Суық спрейді тұндыру | Балқыма инфильтрациясы |
| Алмаз түрі | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Матрица | 99,8% Cu ұнтағы | 99,9% электролиттік Cu ұнтағы | 99,9% Cu ұнтағы | Қорытпа/таза Cu ұнтағы | Таза Cu ұнтағы | Таза Cu сусымалы/таяқша |
| Интерфейс модификациясы | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Бөлшек мөлшері (мкм) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Көлемдік үлес (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Температура (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Қысым (МПа) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Уақыт (мин) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Салыстырмалы тығыздық (%) | 98.5 | 99,2–99,7 | – | – | – | 99,4–99,7 |
| Өнімділік | ||||||
| Оңтайлы жылу өткізгіштік (Вт/(м·К)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Жалпы Dia/Cu композиттік әдістеріне мыналар жатады:
(1)Ұнтақты металлургия
Аралас алмаз/Cu ұнтақтары нығыздалады және күйдіріледі. Үнемді және қарапайым болғанымен, бұл әдіс шектеулі тығыздықты, біртекті емес микроқұрылымдарды және шектеулі үлгі өлшемдерін береді.
Sаралас бірлік
(1)Жоғары қысымды жоғары температура (HPHT)
Көп қабатты престерді қолдана отырып, балқытылған Cu экстремалды жағдайларда алмас торларына еніп, тығыз композиттер шығарады. Дегенмен, HPHT қымбат қалыптарды қажет етеді және ауқымды өндіріске жарамсыз.
Cubic баспасөзі
(1)Балқыма инфильтрациясы
Балқытылған Cu қысыммен немесе капиллярмен басқарылатын инфильтрация арқылы алмас дайындамаларды өткізеді. Алынған композиттер >446 Вт/(м·К) жылу өткізгіштікке жетеді.
(2)Spark плазмалық агломерация (SPS)
Импульстік ток қысыммен аралас ұнтақтарды жылдам күйдіреді. Тиімді болғанымен, SPS өнімділігі гауһар фракцияларында >65 көлем% төмендейді.
Шығару плазмасын агломерациялау жүйесінің принципиалды сұлбасы
(5) Суық спрей тұндыру
Ұнтақтар тездетіліп, субстраттарға түседі. Бұл жаңадан пайда болған әдіс бетті өңдеуді бақылау және жылу өнімділігін тексеру кезінде қиындықтарға тап болады.
03 Интерфейсті өзгерту
Композиттік материалдарды дайындау үшін құрамдас бөліктер арасындағы өзара сулану композиттік процестің қажетті алғышарты және интерфейс құрылымы мен интерфейстің байланыс күйіне әсер ететін маңызды фактор болып табылады. Алмаз мен Cu арасындағы интерфейстегі ылғалданбау жағдайы өте жоғары интерфейстік термиялық кедергіге әкеледі. Сондықтан әртүрлі техникалық құралдар арқылы екеуінің интерфейсіне модификациялық зерттеулер жүргізу өте маңызды. Қазіргі уақытта алмас пен Cu матрицасы арасындағы интерфейс мәселесін жақсартудың негізінен екі әдісі бар: (1) Алмаздың беттік модификациясы; (2) Мыс матрицасын легирлеумен өңдеу.
Модификацияның схемалық диаграммасы: (а) гауһар бетінде тікелей қаптау; (b) матрицалық легирлеу
(1) Алмаздың беттік модификациясы
Арматуралық фазаның беткі қабатында Mo, Ti, W және Cr сияқты белсенді элементтерді қаптау алмаздың фазааралық сипаттамаларын жақсарта алады, осылайша оның жылу өткізгіштігін арттырады. Агломерация жоғарыда аталған элементтерге алмаз ұнтағының бетіндегі көміртекпен әрекеттесіп, карбидтік өтпелі қабат түзе алады. Бұл алмас пен металл негізі арасындағы сулану күйін оңтайландырады және жабын жоғары температурада алмас құрылымының өзгеруіне жол бермейді.
(2) Мыс матрицасын легирлеу
Материалдарды композиттік өңдеу алдында жалпы жоғары жылу өткізгіштікке ие композициялық материалдарды шығара алатын металл мысға алдын ала легирленген өңдеу жүргізіледі. Мыс матрицасындағы легирлеуші белсенді элементтер алмас пен мыс арасындағы сулану бұрышын тиімді төмендетіп қана қоймайды, сонымен қатар реакциядан кейін алмаз/Cu интерфейсінде мыс матрицасында қатты еритін карбидті қабат түзе алады. Осылайша, материалдың интерфейсінде бар бос орындардың көпшілігі өзгертіліп, толтырылады, осылайша жылу өткізгіштік жақсарады.
04 Қорытынды
Кәдімгі орау материалдары жетілдірілген чиптерден жылуды басқаруда жеткіліксіз. Реттелетін CTE және өте жоғары жылу өткізгіштігі бар Dia/Cu композиттері келесі ұрпақ электроникасының трансформациялық шешімі болып табылады.
Өнеркәсіп пен сауданы біріктіретін жоғары технологиялық кәсіпорын ретінде XKH алмас/мыс композиттерін және SiC/Al және Gr/Cu сияқты өнімділігі жоғары металл матрицалық композиттерді зерттеуге, әзірлеуге және өндіруге назар аударады, жылу өткізгіштігі 900 Вт/(м·К) жоғары инновациялық жылуды басқару шешімдерін ұсынып, электр энергиясы және электр модульдері үшін.
XKH'Алмаз мыс қапталған ламинат композициялық материал:
Хабарлама уақыты: 12 мамыр 2025 ж