Mill-1980ijiet 'l hawn, id-densità tal-integrazzjoni taċ-ċirkwiti elettroniċi żdiedet b'rata annwali ta' 1.5× jew aktar mgħaġġla. Integrazzjoni ogħla twassal għal densitajiet ta' kurrent akbar u ġenerazzjoni tas-sħana waqt it-tħaddim.Jekk ma tiġix dissipata b'mod effiċjenti, din is-sħana tista' tikkawża ħsara termali u tnaqqas il-ħajja tal-komponenti elettroniċi.
Biex jintlaħqu d-domandi dejjem akbar tal-ġestjoni termali, materjali avvanzati tal-ippakkjar elettroniku b'konduttività termali superjuri qed jiġu riċerkati u ottimizzati b'mod estensiv.
Materjal kompost tad-djamanti/ram
01 Djamant u Ram
Materjali tradizzjonali tal-ippakkjar jinkludu ċeramika, plastik, metalli, u l-ligi tagħhom. Ċeramika bħal BeO u AlN juru CTEs li jaqblu mas-semikondutturi, stabbiltà kimika tajba, u konduttività termali moderata. Madankollu, l-ipproċessar kumpless tagħhom, l-ispiża għolja (speċjalment BeO tossiku), u l-fraġilità jillimitaw l-applikazzjonijiet. L-ippakkjar tal-plastik joffri spiża baxxa, piż ħafif, u insulazzjoni iżda jbati minn konduttività termali fqira u instabbiltà f'temperatura għolja. Metalli puri (Cu, Ag, Al) għandhom konduttività termali għolja iżda CTE eċċessiv, filwaqt li ligi (Cu-W, Cu-Mo) jikkompromettu l-prestazzjoni termali. Għalhekk, materjali tal-ippakkjar ġodda li jibbilanċjaw konduttività termali għolja u CTE ottimali huma meħtieġa b'mod urġenti.
| Tisħiħ | Konduttività Termali (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Densità (g/cm³) |
| Djamant | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| Partiċelli tal-BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| Partiċelli tal-AlN | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| Partiċelli tas-SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| Partiċelli B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Fibra tal-boron | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Partiċelli tat-TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Partiċelli ta' Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| Mustaċċi tas-SiC | 32 | 3.4 | – |
| Partiċelli tas-Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| Partiċelli tat-TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| Partiċelli tas-SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Djamant, l-iktar materjal naturali iebes magħruf (Mohs 10), għandu wkoll karatteristiċi eċċezzjonalikonduttività termali (200–2200 W/(m·K)).
Mikro-trab tad-djamanti
Ram, ma' konduttività termali/elettrika għolja (401 W/(m·K)), id-duttilità, u l-effiċjenza fl-ispejjeż, tintuża ħafna fl-ICs.
Billi tgħaqqad dawn il-proprjetajiet,komposti tad-djamanti/ram (Dia/Cu).—bil-Cu bħala l-matriċi u d-djamant bħala rinforz—qed jitfaċċaw bħala materjali għall-immaniġġjar termali tal-ġenerazzjoni li jmiss.
02 Metodi Ewlenin ta' Fabbrikazzjoni
Il-metodi komuni għall-preparazzjoni tad-djamant/ram jinkludu: metallurġija tat-trab, metodu ta' temperatura għolja u pressjoni għolja, metodu ta' immersjoni bit-tidwib, metodu ta' sinterizzazzjoni bil-plażma ta' skarika, metodu ta' bexx kiesaħ, eċċ.
Paragun ta' metodi ta' preparazzjoni, proċessi u proprjetajiet differenti ta' kompożiti tad-djamant/ram b'daqs ta' partiċella waħda
| Parametru | Metallurġija tat-Trab | Ippressar bis-Sħana bil-Vakwu | Sinterizzazzjoni tal-Plażma bi Spark (SPS) | Pressjoni Għolja u Temperatura Għolja (HPHT) | Depożizzjoni bl-Isprej Kiesaħ | Infiltrazzjoni tat-Tidwib |
| Tip ta' Djamant | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matriċi | 99.8% trab Cu | 99.9% trab elettrolitiku tar-ram | 99.9% trab Cu | Liga/trab pur tar-Cu | Trab pur tar-Cu | Cu pur bl-ingrossa/virga |
| Modifika tal-Interfaċċja | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Daqs tal-Partiċelli (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Frazzjoni tal-Volum (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Temperatura (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Pressjoni (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Ħin (min) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Densità Relattiva (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Prestazzjoni | ||||||
| Konduttività Termali Ottimali (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Tekniki komposti Dia/Cu komuni jinkludu:
(1)Metallurġija tat-Trab
Trabijiet imħallta tad-djamanti/Cu jiġu kkumpattati u sinterizzati. Filwaqt li huwa kosteffettiv u sempliċi, dan il-metodu jagħti densità limitata, mikrostrutturi mhux omoġenji, u dimensjonijiet ristretti tal-kampjun.
Sunità interjuri
(1)Pressjoni Għolja u Temperatura Għolja (HPHT)
Bl-użu ta' preses b'ħafna inkwini, Cu mdewweb jinfiltra x-xbieki tad-djamanti taħt kundizzjonijiet estremi, u jipproduċi kompożiti densi. Madankollu, l-HPHT jeħtieġ forom għaljin u mhux adattat għal produzzjoni fuq skala kbira.
Cistampa ubika
(1)Infiltrazzjoni tat-Tidwib
Ir-ram imdewweb jippenetra l-preformi tad-djamanti permezz ta' infiltrazzjoni assistita mill-pressjoni jew immexxija mill-kapillari. Il-kompożiti li jirriżultaw jiksbu konduttività termali ta' >446 W/(m·K).
(2)Sinterizzazzjoni tal-Plażma bi Spark (SPS)
Kurrent pulsat jissinterizza malajr trabijiet imħallta taħt pressjoni. Għalkemm effiċjenti, il-prestazzjoni tal-SPS tiddegrada fi frazzjonijiet tad-djamanti >65 vol%.
Dijagramma skematika tas-sistema ta' sinterizzazzjoni tal-plażma ta' skariku
(5) Depożizzjoni bi Sprej Kiesaħ
It-trabijiet jiġu aċċellerati u depożitati fuq sottostrati. Dan il-metodu ġdid jiffaċċja sfidi fil-kontroll tal-finitura tal-wiċċ u l-validazzjoni tal-prestazzjoni termali.
03 Modifika tal-Interfaċċja
Għall-preparazzjoni ta' materjali komposti, it-tixrib reċiproku bejn il-komponenti huwa prerekwiżit neċessarju għall-proċess kompost u fattur importanti li jaffettwa l-istruttura tal-interfaċċja u l-istat tat-twaħħil tal-interfaċċja. Il-kundizzjoni ta' nuqqas ta' tixrib fl-interfaċċja bejn id-djamant u s-Cu twassal għal reżistenza termali għolja ħafna għall-interfaċċja. Għalhekk, huwa kruċjali ħafna li titwettaq riċerka dwar il-modifika fuq l-interfaċċja bejn it-tnejn permezz ta' diversi mezzi tekniċi. Fil-preżent, hemm prinċipalment żewġ metodi biex tittejjeb il-problema tal-interfaċċja bejn id-djamant u l-matriċi tas-Cu: (1) Trattament ta' modifikazzjoni tal-wiċċ tad-djamant; (2) Trattament ta' liga tal-matriċi tar-ram.
Dijagramma skematika tal-modifika: (a) Kisi dirett fuq il-wiċċ tad-djamant; (b) Liga matriċi
(1) Modifikazzjoni tal-wiċċ tad-djamant
Il-kisi ta' elementi attivi bħal Mo, Ti, W u Cr fuq is-saff tal-wiċċ tal-fażi ta' rinfurzar jista' jtejjeb il-karatteristiċi interfaċċjali tad-djamant, u b'hekk itejjeb il-konduttività termali tiegħu. Is-sinterizzazzjoni tista' tippermetti lill-elementi msemmija hawn fuq jirreaġixxu mal-karbonju fuq il-wiċċ tat-trab tad-djamant biex jiffurmaw saff ta' transizzjoni tal-karbur. Dan jottimizza l-istat tat-tixrib bejn id-djamant u l-bażi tal-metall, u l-kisi jista' jipprevjeni li l-istruttura tad-djamant tinbidel f'temperaturi għoljin.
(2) Liga tal-matriċi tar-ram
Qabel l-ipproċessar kompost tal-materjali, jitwettaq trattament ta' pre-alloying fuq ir-ram metalliku, li jista' jipproduċi materjali komposti b'konduttività termali ġeneralment għolja. Id-doping ta' elementi attivi fil-matriċi tar-ram mhux biss jista' jnaqqas b'mod effettiv l-Angolu tat-tixrib bejn id-djamant u r-ram, iżda wkoll jiġġenera saff tal-karbur li jinħall solidament fil-matriċi tar-ram fl-interfaċċja tad-djamant/Cu wara r-reazzjoni. B'dan il-mod, ħafna mill-lakuni eżistenti fl-interfaċċja tal-materjal jiġu modifikati u mimlija, u b'hekk titjieb il-konduttività termali.
04 Konklużjoni
Il-materjali konvenzjonali tal-ippakkjar mhumiex kapaċi jimmaniġġjaw is-sħana minn ċipep avvanzati. Il-kompożiti Dia/Cu, b'CTE aġġustabbli u konduttività termali ultra-għolja, jirrappreżentaw soluzzjoni trasformattiva għall-elettronika tal-ġenerazzjoni li jmiss.
Bħala intrapriża ta' teknoloġija għolja li tintegra l-industrija u l-kummerċ, XKH tiffoka fuq ir-riċerka u l-iżvilupp u l-produzzjoni ta' kompożiti tad-djamanti/ram u kompożiti ta' matriċi tal-metall ta' prestazzjoni għolja bħal SiC/Al u Gr/Cu, u tipprovdi soluzzjonijiet innovattivi ta' ġestjoni termali b'konduttività termali ta' aktar minn 900W/(m·K) għall-oqsma tal-ippakkjar elettroniku, moduli tal-enerġija u l-ajruspazju.
XKH'Materjal kompost laminat miksi bir-ram tad-djamanti:
Ħin tal-posta: 12 ta' Mejju 2025