Mula noong dekada 1980, ang integration density ng mga electronic circuit ay tumataas sa taunang rate na 1.5× o mas mabilis pa. Ang mas mataas na integration ay humahantong sa mas mataas na current densities at pagbuo ng init habang ginagamit.Kung hindi mapapawi nang maayos, ang init na ito ay maaaring magdulot ng thermal failure at mabawasan ang lifespan ng mga elektronikong bahagi.
Upang matugunan ang tumataas na mga pangangailangan sa pamamahala ng init, ang mga makabagong elektronikong materyales sa pagpapakete na may higit na mahusay na thermal conductivity ay malawakang sinasaliksik at ino-optimize.
Materyal na pinaghalong diyamante/tanso
01 Diamond at Tanso
Kabilang sa mga tradisyunal na materyales sa pagbabalot ang mga seramika, plastik, metal, at ang kanilang mga haluang metal. Ang mga seramika tulad ng BeO at AlN ay nagpapakita ng mga CTE na tumutugma sa mga semiconductor, mahusay na kemikal na katatagan, at katamtamang thermal conductivity. Gayunpaman, ang kanilang kumplikadong pagproseso, mataas na gastos (lalo na ang nakalalasong BeO), at pagiging malutong ay naglilimita sa mga aplikasyon. Ang plastik na pagbabalot ay nag-aalok ng mababang gastos, magaan, at insulasyon ngunit nagdurusa mula sa mahinang thermal conductivity at mataas na temperaturang 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 nakakaapekto sa thermal performance. Kaya naman, ang mga nobelang materyales sa pagbabalot na nagbabalanse ng mataas na thermal conductivity at pinakamainam na CTE ay agarang kailangan.
| Pagpapatibay | Konduktibidad na Termal (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Densidad (g/cm³) |
| Diyamante | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| mga partikulo ng BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| Mga partikulo ng AlN | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| Mga partikulo ng SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| Mga partikulo ng B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Hibla ng boron | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Mga partikulo ng TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| mga partikulo ng Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| Mga bigote na SiC | 32 | 3.4 | – |
| mga partikulo ng Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| mga partikulo ng TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| mga partikulo ng SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Diyamante, ang pinakamatigas na kilalang natural na materyal (Mohs 10), ay nagtataglay din ng pambihirangkondaktibiti ng init (200–2200 W/(m·K)).
Diamond micro-pulbura
Tanso, kasama mataas na thermal/electrical conductivity (401 W/(m·K)), ductility, at cost efficiency, ay malawakang ginagamit sa mga IC.
Sa pagsasama-sama ng mga katangiang ito,brilyante/tanso (Dia/Cu) composites—kasama ang Cu bilang matrix at diamante bilang reinforcement—ay umuusbong bilang mga susunod na henerasyon ng mga materyales sa pamamahala ng init.
02 Pangunahing Paraan ng Paggawa
Ang mga karaniwang pamamaraan para sa paghahanda ng diyamante/tanso ay kinabibilangan ng: powder metallurgy, high-temperature at high-pressure na pamamaraan, melt immersion na pamamaraan, discharge plasma sintering na pamamaraan, cold spraying na pamamaraan, atbp.
Paghahambing ng iba't ibang paraan ng paghahanda, proseso, at katangian ng mga single-particle size na diamond/copper composites
| Parametro | Metalurhiya ng Pulbos | Pagpiga gamit ang Vacuum Hot-Pressing | Spark Plasma Sintering (SPS) | Mataas na Presyon at Mataas na Temperatura (HPHT) | Pagdeposito ng Malamig na Spray | Paglusot ng Pagkatunaw |
| Uri ng Diyamante | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matris | 99.8% Cu na pulbos | 99.9% elektrolitikong pulbos na Cu | 99.9% Cu na pulbos | Haluang metal/purong pulbos na Cu | Purong pulbos na Cu | Purong Cu bulk/rod |
| Pagbabago ng Interface | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Laki ng Partikulo (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Bahagi 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 (minuto) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Relatibong Densidad (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Pagganap | ||||||
| Pinakamainam na Konduktibidad ng Thermal (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Kasama sa mga karaniwang Dia/Cu composite technique ang:
(1)Metalurhiya ng Pulbos
Ang pinaghalong pulbos na diamante/Cu ay pinagsiksik at sinisinter. Bagama't matipid at simple, ang pamamaraang ito ay nagbubunga ng limitadong densidad, hindi homogenous na mga microstructure, at limitadong sukat ng sample.
Syunit ng interyor
(1)Mataas na Presyon at Mataas na Temperatura (HPHT)
Gamit ang mga multi-anvil press, ang tinunaw na Cu ay pumapasok sa mga diamond lattice sa ilalim ng matinding mga kondisyon, na lumilikha ng mga siksik na composite. Gayunpaman, ang HPHT ay nangangailangan ng mamahaling mga hulmahan at hindi angkop para sa malakihang produksyon.
Cubic press
(1)Paglusot ng Pagkatunaw
Ang tinunaw na Cu ay tumatagos sa mga diyamante 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 sinisinter ng pulsed current ang mga pinaghalong pulbos sa ilalim ng presyon. Bagama't mahusay, bumababa ang performance ng SPS sa mga diamond fraction na >65 vol%.
Diagram ng eskematiko ng sistema ng discharge plasma sintering
(5) Pagdeposito ng Malamig na Spray
Ang mga pulbos ay pinabibilis at idinedeposito sa mga substrate. Ang bagong pamamaraang ito ay nahaharap sa mga hamon sa pagkontrol ng surface finish at pagpapatunay ng thermal performance.
03 Pagbabago ng Interface
Para sa paghahanda ng mga composite na materyales, ang mutual wetting sa pagitan ng mga bahagi ay isang kinakailangang paunang kinakailangan para sa proseso ng composite at isang mahalagang salik na nakakaapekto sa istruktura ng interface at estado ng pagbubuklod ng interface. Ang kondisyon ng hindi pagkabasa sa interface sa pagitan ng diamante at Cu ay humahantong sa isang napakataas na thermal resistance ng interface. Samakatuwid, napakahalagang magsagawa ng pananaliksik sa pagbabago sa interface sa pagitan ng dalawa sa pamamagitan ng iba't ibang teknikal na paraan. Sa kasalukuyan, mayroong pangunahing dalawang paraan upang mapabuti ang problema sa interface sa pagitan ng diamante at Cu matrix: (1) Paggamot sa pagbabago ng ibabaw ng diamante; (2) Paggamot sa alloying ng copper matrix.
Diagram ng eskematiko ng pagbabago: (a) Direktang paglalagay ng kalupkop sa ibabaw ng diyamante; (b) Paghaluang metal na may matris
(1) Pagbabago sa ibabaw ng diyamante
Ang paglalagay ng mga aktibong elemento tulad ng Mo, Ti, W at Cr sa ibabaw na patong ng reinforcing phase ay maaaring mapabuti ang mga katangiang interfacial ng diyamante, sa gayon ay mapapahusay ang thermal conductivity nito. Ang sintering ay maaaring magbigay-daan sa mga elementong nabanggit na makipag-ugnayan sa carbon sa ibabaw ng pulbos ng diyamante upang bumuo ng isang carbide transition layer. Pinapabuti nito ang estado ng pagkabasa sa pagitan ng diyamante at ng metal na base, at ang patong ay maaaring maiwasan ang pagbabago ng istruktura ng diyamante sa mataas na temperatura.
(2) Paghaluin ng matrix ng tanso
Bago ang composite processing ng mga materyales, isinasagawa ang pre-alloying treatment sa metallic copper, na maaaring makagawa ng mga composite material na may karaniwang mataas na thermal conductivity. Ang pagdo-dop ng mga aktibong elemento sa copper matrix ay hindi lamang epektibong nakakabawas sa wetting angle sa pagitan ng diamond at copper, kundi nakakabuo rin ng carbide layer na solidong natutunaw sa copper matrix sa diamond/Cu interface pagkatapos ng reaksyon. Sa ganitong paraan, karamihan sa mga puwang na umiiral sa material interface ay nababago at napupunan, sa gayon ay pinapabuti ang thermal conductivity.
04 Konklusyon
Ang mga kumbensyonal na materyales sa pagpapakete ay hindi kayang pamahalaan ang init mula sa mga advanced chips. Ang mga Dia/Cu composites, na may tunable CTE at napakataas na thermal conductivity, ay kumakatawan sa isang transformative na solusyon para sa susunod na henerasyon ng mga elektroniko.
Bilang isang high-tech na negosyo na nagsasama ng industriya at kalakalan, ang XKH ay nakatuon sa pananaliksik, pagpapaunlad, at produksyon ng mga diamond/copper composites at mga high-performance metal matrix composites tulad ng SiC/Al at Gr/Cu, na nagbibigay ng mga makabagong solusyon sa thermal management na may thermal conductivity na mahigit 900W/(m·K) para sa mga larangan ng electronic packaging, power modules, at aerospace.
XKH'Materyal na composite na laminate na binalutan ng tanso na may diamante:
Oras ng pag-post: Mayo-12-2025