1980-yillardan boshlab elektron sxemalarning integratsiya zichligi yiliga 1,5 × yoki tezroq o'sib bormoqda. Yuqori integratsiya oqim zichligi va ish paytida issiqlik hosil bo'lishiga olib keladi.Agar samarali tarqalmasa, bu issiqlik termal nosozlikka 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 keramika yarimo'tkazgichlarga mos keladigan CTE'larni, yaxshi kimyoviy barqarorlikni va o'rtacha issiqlik o'tkazuvchanligini namoyish etadi. Biroq, ularning murakkab qayta ishlanishi, yuqori narxi (ayniqsa, zaharli BeO) va mo'rtlik qo'llanilishini cheklaydi. Plastik qadoqlash arzon narxlardagi, engil vaznli va izolyatsiyani taklif qiladi, lekin yomon issiqlik o'tkazuvchanligi va yuqori haroratning beqarorligidan aziyat chekadi. Sof metallar (Cu, Ag, Al) yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega, lekin ortiqcha CTE, qotishmalar (Cu-W, Cu-Mo) esa issiqlik ko'rsatkichlarini buzadi. Shunday qilib, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va optimal CTE muvozanatini ta'minlaydigan yangi qadoqlash materiallari zudlik bilan talab qilinadi.
| 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 |
OlmosMa'lum bo'lgan eng qattiq tabiiy material (Mohs 10) ham o'ziga xos xususiyatlarga egaissiqlik o'tkazuvchanligi (200-2200 Vt / (m · K)).
Olmos mikro kukuni
Mis, bilan yuqori issiqlik/elektr o'tkazuvchanligi (401 Vt/(m·K)), egiluvchanlik va iqtisodiy samaradorlik IClarda keng qo'llaniladi.
Ushbu xususiyatlarni birlashtirib,olmos/mis (Dia/Cu) kompozitlari-matritsa sifatida Cu va armatura sifatida olmos - yangi avlod issiqlik boshqaruvi materiallari sifatida paydo bo'ladi.
02 Asosiy ishlab chiqarish usullari
Olmos / misni tayyorlashning umumiy usullari quyidagilardan iborat: chang metallurgiyasi, yuqori haroratli va yuqori bosimli usul, eritilgan suvga cho'mish usuli, tushirish plazmasini sinterlash usuli, sovuq püskürtme usuli va boshqalar.
Bitta zarrachali olmos/mis kompozitlarini tayyorlashning turli usullari, jarayonlari va xossalarini solishtirish
| Parametr | Chang metallurgiyasi | Vakuumli issiq presslash | Spark Plazma Sinterlash (SPS) | Yuqori bosimli yuqori harorat (HPHT) | Sovuq buzadigan amallar cho'kishi | Eritma infiltratsiyasi |
| Olmos turi | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matritsa | 99,8% kub kukuni | 99,9% elektrolitik Cu kukuni | 99,9% kub kukuni | Qotishma/sof Cu kukuni | Sof Cu kukuni | Sof Cu quyma/tayoq |
| Interfeys modifikatsiyasi | - | - | - | 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 (daq) | 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 (Vt/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | - | 943 |
Umumiy Dia/Cu kompozit texnikasi quyidagilarni o'z ichiga oladi:
(1)Chang metallurgiyasi
Aralash olmos / Cu kukunlari siqiladi va sinterlanadi. Tejamkor va sodda bo'lsa-da, bu usul cheklangan zichlik, bir hil bo'lmagan mikro tuzilmalar va cheklangan namuna o'lchamlarini beradi.
So'zaro birlik
(1)Yuqori bosimli yuqori harorat (HPHT)
Ko'p anvilli presslar yordamida eritilgan Cu ekstremal sharoitlarda olmos panjaralariga kirib, zich kompozitsiyalarni ishlab chiqaradi. Biroq, HPHT qimmat qoliplarni talab qiladi va keng ko'lamli ishlab chiqarish uchun yaroqsiz.
Cubic press
(1)Eritma infiltratsiyasi
Eritilgan Cu bosimli yoki kapillyar infiltratsiya orqali olmos preformlarini o'tkazadi. Olingan kompozitsiyalar >446 Vt/(m·K) issiqlik o'tkazuvchanligiga erishadi.
(2)Spark Plazma Sinterlash (SPS)
Impulsli oqim bosim ostida aralash kukunlarni tez sindiradi. Samarali bo'lsa-da, SPS unumdorligi olmos fraktsiyalarida > 65% hajmda pasayadi.
Chiqarish plazmasini sinterlash tizimining sxematik diagrammasi
(5) Sovuq buzadigan amallar cho'kishi
Kukunlar tezlashadi va substratlarga yotqiziladi. Ushbu yangi paydo bo'lgan usul sirtni tugatish nazorati va termal ishlashni tekshirishda qiyinchiliklarga duch keladi.
03 Interfeysni o'zgartirish
Kompozit materiallarni tayyorlash uchun komponentlar orasidagi o'zaro namlanish kompozit jarayonning zaruriy sharti va interfeys tuzilishi va interfeysning bog'lanish holatiga ta'sir qiluvchi muhim omil hisoblanadi. Olmos va Cu o'rtasidagi interfeysdagi namlanmaydigan holat juda yuqori interfeys termal qarshilikka olib keladi. Shu sababli, har xil texnik vositalar orqali ikkalasi o'rtasidagi interfeysda modifikatsiya tadqiqotlarini o'tkazish juda muhimdir. Hozirgi vaqtda olmos va Cu matritsasi o'rtasidagi interfeys muammosini yaxshilash uchun asosan ikkita usul mavjud: (1) olmosning sirtini o'zgartirish bilan ishlov berish; (2) Mis matritsasini qotishma bilan ishlov berish.
Modifikatsiyaning sxematik diagrammasi: (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'yish olmosning interfaol xususiyatlarini yaxshilashi va shu bilan uning issiqlik o'tkazuvchanligini oshirishi mumkin. Sinterlash yuqoridagi elementlarning olmos kukuni yuzasida uglerod bilan reaksiyaga kirishishi va karbid o'tish qatlamini hosil qilishi mumkin. Bu olmos va metall taglik o'rtasidagi namlanish holatini optimallashtiradi va qoplama olmos strukturasining yuqori haroratlarda o'zgarishiga yo'l qo'ymaydi.
(2) Mis matritsasini qotishma
Materiallarni kompozit ishlov berishdan oldin, odatda yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan kompozit materiallarni ishlab chiqarishi mumkin bo'lgan metall misga oldindan qotishma ishlov berish amalga oshiriladi. Mis matritsadagi doping faol elementlar nafaqat olmos va mis o'rtasidagi namlanish burchagini samarali ravishda kamaytirishi mumkin, balki reaktsiyadan keyin olmos / Cu interfeysida mis matritsasida qattiq eriydigan karbid qatlamini hosil qiladi. Shu tarzda, material interfeysida mavjud bo'lgan bo'shliqlarning aksariyati o'zgartiriladi va to'ldiriladi, shu bilan issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshilaydi.
04 Xulosa
An'anaviy qadoqlash materiallari ilg'or chiplardan issiqlikni boshqarishda etishmaydi. Sozlanishi mumkin bo'lgan CTE va o'ta yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega Dia/Cu kompozitlari keyingi avlod elektronikasi uchun transformativ yechim hisoblanadi.
Sanoat va savdo-sotiqni integratsiyalashgan yuqori texnologiyali korxona sifatida XKH olmos/mis kompozitlari va SiC/Al va Gr/Cu kabi yuqori samarali metall matritsali kompozitsiyalarni tadqiq qilish, ishlab chiqish va ishlab chiqarishga e'tibor qaratadi, issiqlik o'tkazuvchanligi 900 Vt/(m·K) dan ortiq bo'lgan issiqlik boshqaruvining innovatsion yechimlarini ta'minlaydi, elektron va elektron modullar va qadoqlash.
XKH'Olmosli mis qoplamali laminat kompozit material:
Xabar berish vaqti: 2025 yil 12-may