Sejak 1980-an, ketumpatan penyepaduan litar elektronik telah meningkat pada kadar tahunan 1.5× atau lebih pantas. Penyepaduan yang lebih tinggi membawa kepada ketumpatan arus yang lebih besar dan penjanaan haba semasa operasi.Jika tidak dilesapkan dengan cekap, haba ini boleh menyebabkan kegagalan haba dan mengurangkan jangka hayat komponen elektronik.
Untuk memenuhi permintaan pengurusan terma yang semakin meningkat, bahan pembungkusan elektronik termaju dengan kekonduksian terma unggul sedang dikaji dan dioptimumkan secara meluas.
Bahan komposit berlian/kuprum
01 Berlian dan Tembaga
Bahan pembungkusan tradisional termasuk seramik, plastik, logam, dan aloinya. Seramik seperti BeO dan AlN mempamerkan CTE padanan semikonduktor, kestabilan kimia yang baik dan kekonduksian terma sederhana. Walau bagaimanapun, pemprosesannya yang kompleks, kos tinggi (terutamanya toksik BeO), dan aplikasi mengehadkan kerapuhan. Pembungkusan plastik menawarkan kos rendah, ringan dan penebat tetapi mengalami kekonduksian terma yang lemah dan ketidakstabilan suhu tinggi. Logam tulen (Cu, Ag, Al) mempunyai kekonduksian terma yang tinggi tetapi CTE yang berlebihan, manakala aloi (Cu-W, Cu-Mo) menjejaskan prestasi terma. Oleh itu, bahan pembungkusan baru yang mengimbangi kekonduksian terma yang tinggi dan CTE optimum diperlukan segera.
| Pengukuhan | Kekonduksian Terma (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Ketumpatan (g/cm³) |
| Berlian | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| Zarah BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| Zarah AlN | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| Zarah SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| Zarah B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Serat boron | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Zarah TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Zarah Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| misai SiC | 32 | 3.4 | – |
| Zarah Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| zarah TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| zarah SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Berlian, bahan semula jadi yang paling sukar diketahui (Mohs 10), juga mempunyai yang luar biasakekonduksian terma (200–2200 W/(m·K)).
Serbuk mikro berlian
Tembaga, dengan kekonduksian haba/elektrik tinggi (401 W/(m·K)), kemuluran, dan kecekapan kos, digunakan secara meluas dalam IC.
Menggabungkan sifat-sifat ini,berlian/kuprum (Dia/Cu) komposit—dengan Cu sebagai matriks dan berlian sebagai tetulang—muncul sebagai bahan pengurusan haba generasi akan datang.
02 Kaedah Fabrikasi Utama
Kaedah biasa untuk menyediakan berlian/kuprum termasuk: metalurgi serbuk, kaedah suhu tinggi dan tekanan tinggi, kaedah rendaman cair, kaedah pensinteran plasma pelepasan, kaedah penyemburan sejuk, dsb.
Perbandingan kaedah penyediaan yang berbeza, proses dan sifat komposit berlian/kuprum saiz zarah tunggal
| Parameter | Metalurgi serbuk | Vakum Panas-Menekan | Pensinteran Plasma Percikan (SPS) | Suhu Tinggi Tekanan Tinggi (HPHT) | Pemendapan Semburan Sejuk | Penyusupan cair |
| Jenis Berlian | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matriks | 99.8% serbuk Cu | Serbuk Cu elektrolitik 99.9%. | 99.9% serbuk Cu | Aloi/serbuk Cu tulen | Serbuk Cu tulen | Pukal/batang Cu tulen |
| Pengubahsuaian Antaramuka | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Saiz Zarah (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Pecahan Isipadu (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Suhu (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Tekanan (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Masa (min) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Ketumpatan Relatif (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Prestasi | ||||||
| Kekonduksian Terma Optimum (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Teknik komposit Dia/Cu yang biasa termasuk:
(1)Metalurgi serbuk
Serbuk berlian/Cu campuran dipadatkan dan disinter. Walaupun kos efektif dan mudah, kaedah ini menghasilkan ketumpatan terhad, struktur mikro tidak homogen, dan dimensi sampel terhad.
Sunit intering
(1)Suhu Tinggi Tekanan Tinggi (HPHT)
Menggunakan penekan berbilang andas, Cu cair menyusup kekisi berlian dalam keadaan yang melampau, menghasilkan komposit padat. Walau bagaimanapun, HPHT memerlukan acuan yang mahal dan tidak sesuai untuk pengeluaran berskala besar.
Cakhbar ubic
(1)Penyusupan cair
Cu cair meresap prabentuk berlian melalui penyusupan berbantukan tekanan atau didorong oleh kapilari. Komposit yang terhasil mencapai >446 W/(m·K) kekonduksian terma.
(2)Pensinteran Plasma Percikan (SPS)
Arus berdenyut dengan pantas mensinter serbuk bercampur di bawah tekanan. Walaupun cekap, prestasi SPS merosot pada pecahan berlian>65 vol%.
Gambarajah skematik sistem pensinteran plasma nyahcas
(5) Pemendapan Semburan Sejuk
Serbuk dipercepatkan dan didepositkan ke substrat. Kaedah baru lahir ini menghadapi cabaran dalam kawalan kemasan permukaan dan pengesahan prestasi terma.
03 Pengubahsuaian Antara Muka
Untuk penyediaan bahan komposit, pembasahan bersama antara komponen adalah prasyarat yang diperlukan untuk proses komposit dan faktor penting yang mempengaruhi struktur antara muka dan keadaan ikatan antara muka. Keadaan tidak membasahkan pada antara muka antara berlian dan Cu membawa kepada rintangan haba antara muka yang sangat tinggi. Oleh itu, adalah sangat penting untuk menjalankan penyelidikan pengubahsuaian pada antara muka antara keduanya melalui pelbagai cara teknikal. Pada masa ini, terdapat dua kaedah untuk memperbaiki masalah antara muka antara berlian dan matriks Cu: (1) Rawatan pengubahsuaian permukaan berlian; (2) Rawatan mengaloi bagi matriks kuprum.
Gambarajah skematik pengubahsuaian: (a) Penyaduran terus pada permukaan berlian; (b) Pengaloian matriks
(1) Pengubahsuaian permukaan berlian
Menyadur unsur aktif seperti Mo, Ti, W dan Cr pada lapisan permukaan fasa pengukuhan boleh meningkatkan ciri antara muka berlian, dengan itu meningkatkan kekonduksian termanya. Pensinteran boleh membolehkan unsur-unsur di atas bertindak balas dengan karbon pada permukaan serbuk berlian untuk membentuk lapisan peralihan karbida. Ini mengoptimumkan keadaan basah antara berlian dan asas logam, dan salutan boleh menghalang struktur berlian daripada berubah pada suhu tinggi.
(2) Pengaloian matriks kuprum
Sebelum pemprosesan bahan komposit, rawatan pra-aloi dijalankan pada kuprum logam, yang boleh menghasilkan bahan komposit dengan kekonduksian terma umumnya tinggi. Elemen aktif doping dalam matriks kuprum bukan sahaja dapat mengurangkan Sudut pembasahan antara berlian dan tembaga dengan berkesan, tetapi juga menjana lapisan karbida yang larut pepejal dalam matriks kuprum pada antara muka berlian / Cu selepas tindak balas. Dengan cara ini, kebanyakan jurang yang wujud pada antara muka bahan diubah suai dan diisi, dengan itu meningkatkan kekonduksian terma.
04 Kesimpulan
Bahan pembungkusan konvensional gagal dalam menguruskan haba daripada cip termaju. Komposit Dia/Cu, dengan CTE boleh tala dan kekonduksian terma ultratinggi, mewakili penyelesaian transformatif untuk elektronik generasi akan datang.
Sebagai perusahaan berteknologi tinggi yang mengintegrasikan industri dan perdagangan, XKH menumpukan pada penyelidikan dan pembangunan serta pengeluaran komposit berlian/tembaga dan komposit matriks logam berprestasi tinggi seperti SiC/Al dan Gr/Cu, menyediakan penyelesaian pengurusan terma yang inovatif dengan kekonduksian terma melebihi 900W/(m·K) untuk bidang pembungkusan elektronik, modul kuasa dan a.
XKH's Bahan komposit lamina bersalut tembaga berlian:
Masa siaran: 12 Mei 2025