1980-yillardan boshlab elektron sxemalarning integratsiya zichligi yiliga 1,5 baravar yoki undan tezroq oshib bormoqda. Yuqori integratsiya ishlash paytida tok zichligi va issiqlik hosil bo'lishiga olib keladi.Agar bu issiqlik samarali ravishda tarqatilmasa, u issiqlikning yo'qolishiga olib kelishi va elektron komponentlarning ishlash muddatini qisqartirishi mumkin.
Issiqlik boshqaruvining ortib borayotgan talablarini qondirish uchun yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega ilg'or elektron qadoqlash materiallari keng qamrovli tadqiq qilinmoqda va optimallashtirilmoqda.
Olmos/mis kompozit material
01 Olmos va mis
An'anaviy qadoqlash materiallariga keramika, plastmassa, metallar va ularning qotishmalari kiradi. BeO va AlN kabi keramikalar yarimo'tkazgichlarga mos keladigan CTE, yaxshi kimyoviy barqarorlik va o'rtacha issiqlik o'tkazuvchanligini namoyish etadi. Biroq, ularni murakkab qayta ishlash, yuqori narx (ayniqsa, zaharli BeO) va mo'rtlik qo'llanilishni cheklaydi. Plastik qadoqlash arzon narx, yengil vazn va izolyatsiyani taklif qiladi, ammo yomon issiqlik o'tkazuvchanligi va yuqori harorat beqarorligidan aziyat chekadi. Sof metallar (Cu, Ag, Al) yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega, ammo ortiqcha CTE, qotishmalar esa (Cu-W, Cu-Mo) issiqlik ko'rsatkichlarini pasaytiradi. Shunday qilib, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va optimal CTE muvozanatini ta'minlaydigan yangi qadoqlash materiallari zudlik bilan zarur.
| Mustahkamlash | Issiqlik o'tkazuvchanligi (Vt/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Zichlik (g/sm³) |
| Olmos | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| BeO zarralari | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN zarralari | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC zarralari | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C zarralari | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Bor tolasi | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC zarralari | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ zarralari | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC mo'ylovlari | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ zarralari | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ zarralari | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ zarralari | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Olmos, eng qattiq tabiiy material (Mohs 10), shuningdek, ajoyib xususiyatlarga egaissiqlik o'tkazuvchanligi (200–2200 Vt/(m·K)).
Olmos mikro-kukun
Mis, bilan yuqori issiqlik/elektr o'tkazuvchanligi (401 Vt/(m·K)), egiluvchanlik va iqtisodiy samaradorlik, IClarda keng qo'llaniladi.
Bu xususiyatlarni birlashtirib,olmos/mis (Dia/Cu) kompozitlari—matritsa sifatida Cu va mustahkamlash sifatida olmos bilan — keyingi avlod issiqlik boshqaruv materiallari sifatida paydo bo'lmoqda.
02 Asosiy ishlab chiqarish usullari
Olmos/mis tayyorlashning keng tarqalgan usullari quyidagilarni o'z ichiga oladi: kukun metallurgiyasi, yuqori harorat va yuqori bosim usuli, eritmaga botirish usuli, razryad plazma sinterlash usuli, sovuq purkash usuli va boshqalar.
Bir zarrachali olmos/mis kompozitlarining turli tayyorlash usullari, jarayonlari va xususiyatlarini taqqoslash
| Parametr | Kukunli metallurgiya | Vakuumli issiq presslash | Spark Plazma Sinterlash (SPS) | Yuqori bosimli yuqori harorat (HPHT) | Sovuq purkash cho'kmasi | Eritma infiltratsiyasi |
| Olmos turi | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matritsa | 99,8% Cu kukuni | 99,9% elektrolitik Cu kukuni | 99,9% Cu kukuni | Qotishma/sof Cu kukuni | Sof Cu kukuni | Sof Cu quyma/novda |
| Interfeysni o'zgartirish | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Zarrachalar hajmi (mkm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Hajm ulushi (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Harorat (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Bosim (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Vaqt (daqiqa) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Nisbiy zichlik (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Ishlash | ||||||
| Optimal issiqlik o'tkazuvchanligi (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Umumiy Dia/Cu kompozit texnikasi quyidagilarni o'z ichiga oladi:
(1)Kukunli metallurgiya
Aralash olmos/Cu kukunlari siqiladi va sinterlanadi. Bu usul tejamkor va sodda bo'lsa-da, cheklangan zichlik, bir xil bo'lmagan mikrotuzilmalar va cheklangan namunaviy o'lchamlarni beradi.
Sinteraktiv birlik
(1)Yuqori bosimli yuqori harorat (HPHT)
Ko'p sonli presslardan foydalangan holda, eritilgan Cu ekstremal sharoitlarda olmos panjaralariga kirib, zich kompozitlar hosil qiladi. Biroq, HPHT qimmat qoliplarni talab qiladi va keng ko'lamli ishlab chiqarish uchun yaroqsiz.
Cubik matbuot
(1)Eritma infiltratsiyasi
Eritilgan mis bosim yordamida yoki kapillyar infiltratsiya orqali olmos preformlariga singib ketadi. Olingan kompozitlar >446 Vt/(m·K) issiqlik o'tkazuvchanligiga erishadi.
(2)Spark Plazma Sinterlash (SPS)
Pulsatsiyalangan tok aralash kukunlarni bosim ostida tezda sinterlaydi. Samarali bo'lishiga qaramay, SPS samaradorligi olmos fraktsiyalari >65 vol.% da pasayadi.
Chiqarish plazma sinterlash tizimining sxematik diagrammasi
(5) Sovuq purkash cho'kmasi
Kukunlar tezlashtiriladi va substratlarga cho'ktiriladi. Ushbu yangi usul sirtni pardozlash va issiqlik samaradorligini tasdiqlashda qiyinchiliklarga duch keladi.
03 Interfeysni o'zgartirish
Kompozit materiallarni tayyorlash uchun komponentlar orasidagi o'zaro namlanish kompozit jarayon uchun zaruriy shart va interfeys tuzilishi va interfeys bog'lanish holatiga ta'sir qiluvchi muhim omil hisoblanadi. Olmos va mix o'rtasidagi interfeysdagi namlanmaslik holati juda yuqori interfeys issiqlik qarshiligiga olib keladi. Shuning uchun, turli texnik vositalar orqali ikkalasi orasidagi interfeys bo'yicha modifikatsiya tadqiqotlarini o'tkazish juda muhimdir. Hozirgi vaqtda olmos va mix matritsasi orasidagi interfeys muammosini yaxshilashning asosan ikkita usuli mavjud: (1) Olmosni sirt modifikatsiyasi bilan ishlov berish; (2) Mis matritsasi qotishma bilan ishlov berish.
Modifikatsiya sxemasi: (a) Olmos yuzasiga to'g'ridan-to'g'ri qoplama; (b) Matritsali qotishma
(1) Olmosning sirt modifikatsiyasi
Mo, Ti, W va Cr kabi faol elementlarni mustahkamlovchi fazaning sirt qatlamiga qo'llash olmosning sirt xususiyatlarini yaxshilashi va shu bilan uning issiqlik o'tkazuvchanligini oshirishi mumkin. Sinterlash yuqoridagi elementlarning olmos kukuni yuzasidagi uglerod bilan reaksiyaga kirishib, karbid o'tish qatlamini hosil qilishiga imkon beradi. Bu olmos va metall asos orasidagi namlanish holatini optimallashtiradi va qoplama olmosning tuzilishining yuqori haroratlarda o'zgarishiga yo'l qo'ymaydi.
(2) Mis matritsasini qotishtirish
Materiallarni kompozit qayta ishlashdan oldin, metall misga oldindan qotishma ishlovi amalga oshiriladi, bu odatda yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega kompozit materiallarni ishlab chiqarishi mumkin. Mis matritsasida faol elementlarni qo'shish nafaqat olmos va mis orasidagi namlanish burchagini samarali ravishda kamaytirishi, balki reaksiyadan keyin olmos/Cu interfeysida mis matritsasida qattiq eriydigan karbid qatlamini ham hosil qilishi mumkin. Shu tarzda, material interfeysida mavjud bo'lgan bo'shliqlarning aksariyati o'zgartiriladi va to'ldiriladi, shu bilan issiqlik o'tkazuvchanligi yaxshilanadi.
04 Xulosa
An'anaviy qadoqlash materiallari ilg'or chiplardan chiqadigan issiqlikni boshqarishda kamchiliklarga ega. Sozlanishi mumkin bo'lgan CTE va o'ta yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega Dia/Cu kompozitlari keyingi avlod elektronikasi uchun transformatsion yechimni ifodalaydi.
Sanoat va savdoni birlashtirgan yuqori texnologiyali korxona sifatida XKH olmos/mis kompozitlari va SiC/Al va Gr/Cu kabi yuqori samarali metall matritsa kompozitlarini tadqiq qilish, ishlab chiqish va ishlab chiqarishga e'tibor qaratadi, elektron qadoqlash, quvvat modullari va aerokosmik sohalar uchun 900 Vt/(m·K) dan ortiq issiqlik o'tkazuvchanligiga ega innovatsion issiqlik boshqaruv yechimlarini taqdim etadi.
XXKH'Olmosli mis qoplamali laminat kompozit material:
Nashr vaqti: 2025-yil 12-may