Mula noong 1980s, ang integration density ng mga electronic circuit ay tumataas sa taunang rate na 1.5× o mas mabilis. Ang mas mataas na pagsasama ay humahantong sa mas malaking kasalukuyang densidad at pagbuo ng init sa panahon ng operasyon.Kung hindi maalis nang mahusay, ang init na ito ay maaaring magdulot ng thermal failure at mabawasan ang habang-buhay ng mga elektronikong bahagi.
Upang matugunan ang tumataas na mga pangangailangan sa pamamahala ng thermal, ang mga advanced na electronic packaging na materyales na may superyor na thermal conductivity ay malawakang sinasaliksik at ino-optimize.
Diamond/copper composite material
01 Brilyante at Tanso
Kasama sa mga tradisyunal na materyales sa packaging ang mga keramika, plastik, metal, at mga haluang metal nito. Ang mga keramika tulad ng BeO at AlN ay nagpapakita ng mga CTE na tumutugma sa mga semiconductors, mahusay na katatagan ng kemikal, at katamtamang thermal conductivity. Gayunpaman, ang kanilang kumplikadong pagproseso, mataas na gastos (lalo na ang nakakalason na BeO), at ang brittleness ay naglilimita sa mga aplikasyon. Ang plastic packaging ay nag-aalok ng mababang gastos, magaan ang timbang, at pagkakabukod ngunit dumaranas ng mahinang thermal conductivity at mataas na temperatura na kawalang-tatag. Ang mga purong metal (Cu, Ag, Al) ay may mataas na thermal conductivity ngunit labis na CTE, habang ang mga haluang metal (Cu-W, Cu-Mo) ay nakompromiso ang thermal performance. Kaya, ang mga nobelang packaging materials na nagbabalanse ng mataas na thermal conductivity at pinakamainam na CTE ay agarang kailangan.
| Reinforcement | Thermal Conductivity (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Densidad (g/cm³) |
| brilyante | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| Mga particle ng BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| Mga particle ng AlN | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| Mga particle ng SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| Mga particle ng B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| hibla ng boron | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Mga particle ng TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Mga particle ng Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| Mga balbas ng SiC | 32 | 3.4 | – |
| Mga particle ng Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| Mga particle ng TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| Mga particle ng SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
brilyante, ang pinakamahirap na kilalang natural na materyal (Mohs 10), ay nagtataglay din ng kakaibathermal conductivity (200–2200 W/(m·K)).
Micro-powder ng brilyante
tanso, kasama mataas na thermal/electrical conductivity (401 W/(m·K)), ductility, at cost efficiency, ay malawakang ginagamit sa mga IC.
Pinagsasama-sama ang mga katangiang ito,brilyante/tanso (Dia/Cu) composites—na may Cu bilang matrix at brilyante bilang reinforcement—ay umuusbong bilang susunod na henerasyong thermal management material.
02 Mga Pangunahing Paraan ng Paggawa
Kasama sa mga karaniwang paraan para sa paghahanda ng brilyante/tanso ang: metalurhiya ng pulbos, paraan ng mataas na temperatura at mataas na presyon, paraan ng pagtunaw ng paglubog, paraan ng pag-sinter ng discharge ng plasma, paraan ng malamig na pag-spray, atbp.
Paghahambing ng iba't ibang paraan ng paghahanda, proseso at katangian ng single-particle size na brilyante/copper composites
| Parameter | Metalurhiya ng Powder | Vacuum Hot-Pressing | Spark Plasma Sintering (SPS) | High-Pressure High-Temperature (HPHT) | Cold Spray Deposition | Matunaw Paglusot |
| Uri ng Diamond | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matrix | 99.8% Cu powder | 99.9% electrolytic Cu powder | 99.9% Cu powder | Alloy/purong Cu powder | Purong Cu powder | Purong Cu bulk/rod |
| Pagbabago ng Interface | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Laki ng Particle (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Fraction ng Dami (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Temperatura (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Presyon (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Oras (min) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Kamag-anak na Densidad (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Pagganap | ||||||
| Pinakamainam na Thermal Conductivity (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Kasama sa mga karaniwang Dia/Cu composite technique ang:
(1)Metalurhiya ng Powder
Ang mga pinaghalong brilyante/Cu na pulbos ay pinagsiksik at sini-sinter. Bagama't cost-effective at simple, ang pamamaraang ito ay nagbubunga ng limitadong density, hindi magkakatulad na microstructure, at pinaghihigpitang sample na sukat.
Sintering unit
(1)High-Pressure High-Temperature (HPHT)
Gamit ang multi-anvil presses, ang nilusaw na Cu ay pumapasok sa mga lattice ng brilyante sa ilalim ng matinding kondisyon, na gumagawa ng mga siksik na composite. Gayunpaman, ang HPHT ay nangangailangan ng mga mamahaling amag at hindi angkop para sa malakihang produksyon.
Cubic press
(1)Matunaw Paglusot
Ang natunaw na Cu ay tumatagos sa mga preform ng brilyante sa pamamagitan ng pressure-assisted o capillary-driven infiltration. Ang mga nagreresultang composite ay nakakamit ng >446 W/(m·K) thermal conductivity.
(2)Spark Plasma Sintering (SPS)
Mabilis na nagsi-interes ng mga pinaghalong pulbos sa ilalim ng presyon ang pulse current. Bagaman mahusay, ang pagganap ng SPS ay bumababa sa mga fraction ng brilyante> 65 vol%.
Schematic diagram ng discharge plasma sintering system
(5) Cold Spray Deposition
Ang mga pulbos ay pinabilis at idineposito sa mga substrate. Ang nascent na paraan na ito ay nahaharap sa mga hamon sa surface finish control at thermal performance validation.
03 Pagbabago ng Interface
Para sa paghahanda ng mga composite na materyales, ang mutual wetting sa pagitan ng mga component ay isang kinakailangang prerequisite para sa composite na proseso at isang mahalagang salik na nakakaapekto sa interface structure at interface bonding state. Ang hindi basang kondisyon sa interface sa pagitan ng brilyante at Cu ay humahantong sa napakataas na interface ng thermal resistance. Samakatuwid, napakahalaga na magsagawa ng pagsasaliksik sa pagbabago sa interface sa pagitan ng dalawa sa pamamagitan ng iba't ibang teknikal na paraan. Sa kasalukuyan, mayroong dalawang pangunahing paraan upang mapabuti ang interface ng problema sa pagitan ng brilyante at Cu matrix: (1) Surface modification treatment ng brilyante; (2) Alloying treatment ng tansong matris.
Modification schematic diagram: (a) Direktang pagkakalupkop sa ibabaw ng brilyante; (b) Matrix alloying
(1) Pagbabago sa ibabaw ng brilyante
Ang paglalagay ng mga aktibong elemento tulad ng Mo, Ti, W at Cr sa ibabaw na layer ng reinforcing phase ay maaaring mapabuti ang interfacial na katangian ng brilyante, at sa gayon ay mapahusay ang thermal conductivity nito. Maaaring paganahin ng sintering ang mga elemento sa itaas na tumugon sa carbon sa ibabaw ng diamond powder upang bumuo ng carbide transition layer. Ino-optimize nito ang estado ng basa sa pagitan ng brilyante at base ng metal, at mapipigilan ng patong ang istraktura ng brilyante na magbago sa mataas na temperatura.
(2) Alloying ng tansong matris
Bago ang pinagsama-samang pagproseso ng mga materyales, ang pre-alloying na paggamot ay isinasagawa sa metal na tanso, na maaaring makabuo ng mga pinagsama-samang materyales na may pangkalahatang mataas na thermal conductivity. Ang mga aktibong elemento ng doping sa copper matrix ay hindi lamang epektibong makakabawas sa basang Anggulo sa pagitan ng brilyante at tanso, ngunit makabuo din ng isang carbide layer na solidong natutunaw sa copper matrix sa interface ng brilyante /Cu pagkatapos ng reaksyon. Sa ganitong paraan, ang karamihan sa mga gaps na umiiral sa materyal na interface ay binago at pinupunan, sa gayon ay nagpapabuti sa thermal conductivity.
04 Konklusyon
Ang mga tradisyonal na materyales sa packaging ay kulang sa pamamahala ng init mula sa mga advanced na chips. Ang Dia/Cu composites, na may tunable CTE at ultrahigh thermal conductivity, ay kumakatawan sa isang transformative solution para sa susunod na henerasyong electronics.
Bilang isang high-tech na enterprise na nagsasama ng industriya at kalakalan, nakatuon ang XKH sa pagsasaliksik at pagpapaunlad at paggawa ng mga pinagsama-samang brilyante/tanso at mga composite ng metal matrix na may mataas na pagganap gaya ng SiC/Al at Gr/Cu, na nagbibigay ng mga makabagong solusyon sa pamamahala ng thermal na may thermal conductivity na higit sa 900W/(m·K) para sa mga larangan ng electronic packaging, power modules at a.
XKH's Diamond copper clad laminate composite material:
Oras ng post: Mayo-12-2025