Dapoi l'anni 1980, a densità d'integrazione di i circuiti elettronichi hè cresciuta à un ritmu annuale di 1,5× o più veloce. Una integrazione più alta porta à densità di corrente è generazione di calore più elevate durante u funziunamentu.S'ellu ùn hè micca dissipatu in modu efficace, stu calore pò causà guasti termichi è riduce a durata di vita di i cumpunenti elettronichi.
Per risponde à e crescenti esigenze di gestione termica, i materiali di imballaggio elettronicu avanzati cù una conducibilità termica superiore sò oggetto di ricerche approfondite è ottimizzazioni.
Materiale cumpostu di diamante/rame
01 Diamante è Rame
I materiali d'imballu tradiziunali includenu ceramica, plastica, metalli è e so leghe. E ceramiche cum'è BeO è AlN mostranu CTE currispondenti à i semiconduttori, una bona stabilità chimica è una cunduttività termica muderata. Tuttavia, a so trasfurmazione cumplessa, l'altu costu (in particulare BeO tossicu) è a fragilità limitanu l'applicazioni. L'imballaggi di plastica offrenu un costu bassu, un pesu ligeru è un isolamentu, ma soffrenu di scarsa cunduttività termica è instabilità à alta temperatura. I metalli puri (Cu, Ag, Al) anu una alta cunduttività termica ma un CTE eccessivu, mentre chì e leghe (Cu-W, Cu-Mo) compromettenu e prestazioni termiche. Cusì, sò urgentemente necessarii novi materiali d'imballu chì equilibranu un'alta cunduttività termica è un CTE ottimale.
| Rinforzu | Cunduttività Termica (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Densità (g/cm³) |
| Diamante | 700–2000 | 0,9–1,7 | 3.52 |
| Particelle di BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| Particelle di AlN | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| Particelle di SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| Particelle B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Fibra di boru | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Particelle di TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Particelle di Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3,98 |
| Baffi di SiC | 32 | 3.4 | – |
| Particelle di Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| Particelle di TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| Particelle di SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2,65 |
Diamante, u materiale naturale u più duru cunnisciutu (Mohs 10), pussede ancu eccezziunalicunduttività termica (200–2200 W/(m·K)).
Micropolvera di diamante
Rame, cù alta conducibilità termica/elettrica (401 W/(m·K)), duttilità è efficienza di i costi, hè largamente utilizatu in i circuiti integrati.
Cumbinendu ste pruprietà,compositi di diamante / rame (Dia / Cu).—cù Cu cum'è matrice è diamante cum'è rinforzu— stanu emergendu cum'è materiali di gestione termica di prossima generazione.
02 Metodi di Fabbricazione Chjave
I metudi cumuni per a preparazione di diamanti/rame includenu: metallurgia di e polveri, metudu à alta temperatura è alta pressione, metudu d'immersione in fusione, metudu di sinterizazione à plasma di scarica, metudu di spruzzatura à fretu, ecc.
Paragone di diversi metudi di preparazione, prucessi è proprietà di cumposti di diamante/rame di dimensione unica di particelle
| Parametru | Metallurgia di e polveri | Pressatura à Caldu à Vuotu | Sinterizzazione à Plasma à Scintilla (SPS) | Alta Pressione Alta Temperatura (HPHT) | Deposizione à spruzzatura fredda | Infiltrazione di fusione |
| Tipu di Diamante | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matrice | 99,8% polvere di Cu | 99,9% polvere di Cu elettroliticu | 99,9% polvere di Cu | Lega/polvere di Cu pura | Polvere di Cu pura | Cu puru in massa/bastone |
| Mudificazione di l'interfaccia | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Dimensione di e particelle (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Frazione di vulume (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Temperatura (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Pressione (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Tempu (min) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Densità Relativa (%) | 98.5 | 99,2–99,7 | – | – | – | 99,4–99,7 |
| Prestazione | ||||||
| Cunduttività Termica Ottimale (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
I tecnichi cumuni di compositu Dia/Cu includenu:
(1)Metallurgia di e polveri
E polveri miste di diamante/Cu sò cumpattate è sinterizate. Mentre hè economicu è simplice, questu metudu dà una densità limitata, microstrutture inomogenee è dimensioni di campione ristrette.
Sunità d'internu
(1)Alta Pressione Alta Temperatura (HPHT)
Cù presse multi-incudine, u Cu fusu s'infiltra in i reticoli di diamanti in cundizioni estreme, producendu cumposti densi. Tuttavia, l'HPHT richiede stampi costosi è ùn hè micca adattatu per a pruduzzione à grande scala.
Cstampa ubica
(1)Infiltrazione di fusione
U Cu fusu permea e preforme di diamanti per via di infiltrazione assistita da pressione o guidata da capillare. I cumposti risultanti ottenenu una conducibilità termica di >446 W/(m·K).
(2)Sinterizzazione à Plasma à Scintilla (SPS)
A currente pulsata sinterizza rapidamente e polveri miste sottu pressione. Ancu s'ella hè efficiente, e prestazioni di l'SPS si degradanu à frazioni di diamanti > 65 vol%.
Schema di u sistema di sinterizazione à plasma di scarica
(5) Deposizione à spruzzatura fredda
E polveri sò accelerate è dipusitate nantu à i sustrati. Stu metudu nascente face fronte à sfide in u cuntrollu di a finitura superficiale è a validazione di e prestazioni termiche.
03 Mudificazione di l'interfaccia
Per a preparazione di materiali cumposti, a bagnatura mutuale trà i cumpunenti hè un prerequisitu necessariu per u prucessu cumpostu è un fattore impurtante chì influenza a struttura di l'interfaccia è u statu di ligame di l'interfaccia. A cundizione di non bagnatura à l'interfaccia trà u diamante è u Cu porta à una resistenza termica di l'interfaccia assai alta. Dunque, hè assai cruciale di fà ricerche di mudificazione nantu à l'interfaccia trà i dui per mezu di diversi mezi tecnichi. Attualmente, ci sò principalmente dui metudi per migliurà u prublema di l'interfaccia trà u diamante è a matrice Cu: (1) Trattamentu di mudificazione superficiale di u diamante; (2) Trattamentu di lega di a matrice di rame.
Schema di mudificazione: (a) Placcatura diretta nantu à a superficia di u diamante; (b) Lega di matrice
(1) Mudificazione di a superficia di u diamante
A placcatura di elementi attivi cum'è Mo, Ti, W è Cr nantu à u stratu superficiale di a fase di rinforzu pò migliurà e caratteristiche interfacciali di u diamante, aumentendu cusì a so cunduttività termica. A sinterizazione pò permette à l'elementi sopra citati di reagisce cù u carbone nantu à a superficia di a polvere di diamante per furmà un stratu di transizione di carburo. Questu ottimizza u statu di bagnatura trà u diamante è a basa metallica, è u rivestimentu pò impedisce à a struttura di u diamante di cambià à alte temperature.
(2) Legazione di a matrice di rame
Prima di a trasfurmazione cumposta di i materiali, u trattamentu di pre-lega hè realizatu nantu à u rame metallicu, chì pò pruduce materiali cumposti cù una cunduttività termica generalmente alta. U dopaggiu di elementi attivi in a matrice di rame ùn pò micca solu riduce efficacemente l'angulu di bagnatura trà u diamante è u rame, ma ancu generà un stratu di carburo chì hè solidu solubile in a matrice di rame à l'interfaccia diamante / Cu dopu a reazione. In questu modu, a maiò parte di i spazii esistenti à l'interfaccia di u materiale sò mudificati è riempiti, migliurendu cusì a cunduttività termica.
04 Cunclusione
I materiali di imballaggio cunvinziunali ùn sò micca capaci di gestisce u calore di i chip avanzati. I cumposti Dia/Cu, cù CTE sintonizabile è conducibilità termica ultraelevata, rapprisentanu una suluzione trasfurmativa per l'elettronica di prossima generazione.
Cum'è una impresa high-tech chì integra industria è cummerciu, XKH si cuncentra nantu à a ricerca è u sviluppu è a pruduzzione di cumposti di diamante / rame è cumposti di matrice metallica d'altu rendimentu cum'è SiC / Al è Gr / Cu, furnendu suluzioni innovative di gestione termica cù una cunduttività termica di più di 900W / (m · K) per i campi di l'imballaggio elettronicu, i moduli di putenza è l'aerospaziale.
XKH'Materiale cumpostu laminatu rivestitu di rame diamantatu:
Data di publicazione: 12 di maghju di u 2025