Sukad sa 1980s, ang integration density sa mga electronic circuits miuswag sa tinuig nga rate nga 1.5 × o mas paspas. Ang mas taas nga panagsama nagdala ngadto sa mas dako nga kasamtangan nga densidad ug init nga henerasyon sa panahon sa operasyon.Kung dili maayo nga mawala, kini nga kainit mahimong hinungdan sa pagkapakyas sa thermal ug makunhuran ang kinabuhi sa mga sangkap sa elektroniko.
Aron matubag ang nagkadako nga mga panginahanglanon sa pagdumala sa thermal, ang mga advanced nga materyales sa pagputos sa elektroniko nga adunay labing maayo nga conductivity sa thermal kay kaylap nga gisusi ug gi-optimize.
Diamond/copper composite nga materyal
01 Diamond ug Copper
Ang tradisyonal nga mga materyales sa pagputos naglakip sa mga seramiko, plastik, metal, ug mga haluang metal niini. Ang mga seramik sama sa BeO ug AlN nagpakita sa mga CTE nga katumbas sa mga semiconductor, maayo nga kalig-on sa kemikal, ug kasarangan nga thermal conductivity. Bisan pa, ang ilang komplikado nga pagproseso, taas nga gasto (labi na ang makahilo nga BeO), ug ang brittleness limitahan ang mga aplikasyon. Ang plastic packaging nagtanyag og mubu nga gasto, gaan nga gibug-aton, ug insulasyon apan nag-antos sa dili maayo nga thermal conductivity ug taas nga temperatura nga pagkawalay kalig-on. Ang mga purong metal (Cu, Ag, Al) adunay taas nga thermal conductivity apan sobra nga CTE, samtang ang mga alloy (Cu-W, Cu-Mo) nagkompromiso sa thermal performance. Busa, ang bag-ong mga materyales sa pagputos nga nagbalanse sa taas nga thermal conductivity ug kamalaumon nga CTE gikinahanglan dayon.
| Pagpalig-on | Thermal Conductivity (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Densidad (g/cm³) |
| Diamond | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| Mga partikulo sa BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| Mga partikulo sa AlN | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| Mga partikulo sa SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C nga mga partikulo | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Boron fiber | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Mga partikulo sa TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ mga partikulo | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC mga bungot | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ mga partikulo | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ mga partikulo | 25 | 4.6 | 4.5 |
| Mga partikulo sa SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Diamond, ang pinakalisud nga nahibal-an nga natural nga materyal (Mohs 10), adunay usab talagsaonthermal conductivity (200–2200 W/(m·K)).
Diamante nga micro-powder
Copper, uban sa taas nga thermal/electrical conductivity (401 W/(m·K)), ductility, ug cost efficiency, kaylap nga gigamit sa ICs.
Paghiusa niini nga mga kabtangan,brilyante / tumbaga (Dia / Cu) mga komposisyon—nga adunay Cu ingon ang matrix ug diamante ingon nga pagpalig-on-nag-uswag ingon nga sunod nga henerasyon nga mga materyales sa pagdumala sa thermal.
02 Pangunang Pamaagi sa Paggama
Ang kasagaran nga mga pamaagi sa pag-andam sa diamante / tumbaga naglakip sa: powder metallurgy, high-temperature ug high-pressure method, melt immersion method, discharge plasma sintering method, cold spraying method, etc.
Pagtandi sa lain-laing mga pamaagi sa pag-andam, mga proseso ug mga kabtangan sa single-particle gidak-on diamante / tumbaga composites
| Parameter | Powder Metallurgy | Pag-vacuum sa Hot-Pressing | Spark Plasma Sintering (SPS) | Taas nga Presyur Taas nga Temperatura (HPHT) | Cold Spray Deposition | Matunaw nga Paglusot |
| Uri sa diamante | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matrix | 99.8% Cu powder | 99.9% electrolytic Cu powder | 99.9% Cu powder | Alloy/lunsay nga Cu powder | Putli nga Cu powder | Purong Cu bulk/rod |
| Pagbag-o sa Interface | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Gidak-on sa Partikulo (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Volume Fraction (%) | 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 (min) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Relatibong Densidad (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Pagpasundayag | ||||||
| Labing Maayo nga Thermal Conductivity (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Ang kasagarang Dia/Cu composite nga mga teknik naglakip sa:
(1)Powder Metallurgy
Ang sinagol nga diamante/Cu nga mga pulbos gihugpong ug gi-sinter. Samtang epektibo sa gasto ug yano, kini nga pamaagi naghatag limitado nga densidad, dili managsama nga microstructure, ug limitado nga mga sukat sa sample.
Sintering unit
(1)Taas nga Presyur Taas nga Temperatura (HPHT)
Gamit ang multi-anvil presses, ang tinunaw nga Cu molusot sa mga lattice sa diamante ubos sa grabeng mga kondisyon, nga makapatunghag dasok nga mga komposisyon. Bisan pa, ang HPHT nanginahanglan mahal nga mga hulmahan ug dili angay alang sa dinagkong produksiyon.
Cubic press
(1)Matunaw nga Paglusot
Molten Cu motuhop sa brilyante preforms pinaagi sa pressure-assisted o capillary-driven infiltration. Ang resulta nga mga composite makab-ot> 446 W/(m·K) thermal conductivity.
(2)Spark Plasma Sintering (SPS)
Ang pulso nga kasamtangan paspas nga nag-sinter sa sinagol nga mga pulbos ubos sa pressure. Bisan kung episyente, ang pasundayag sa SPS nagdaot sa mga fraction sa diamante> 65 vol%.
Schematic diagram sa discharge plasma sintering system
(5) Cold Spray Deposition
Ang mga pulbos gipadali ug gibutang sa mga substrate. Kini nga bag-ong pamaagi nag-atubang sa mga hagit sa pagkontrol sa pagtapos sa ibabaw ug pag-validate sa thermal performance.
03 Pagbag-o sa Interface
Alang sa pag-andam sa mga composite nga materyales, ang mutual wetting tali sa mga component usa ka kinahanglanon nga kinahanglanon alang sa composite nga proseso ug usa ka importante nga butang nga makaapekto sa interface structure ug interface bonding state. Ang dili basa nga kondisyon sa interface tali sa diamante ug Cu nagdala ngadto sa taas kaayo nga interface sa thermal resistance. Busa, hinungdanon kaayo ang paghimog panukiduki sa pagbag-o sa interface tali sa duha pinaagi sa lainlaing mga paagi sa teknikal. Sa pagkakaron, adunay nag-una sa duha ka mga paagi sa pagpalambo sa interface problema sa taliwala sa diamante ug Cu matrix: (1) Surface kausaban pagtambal sa diamante; (2) Alloying pagtambal sa tumbaga matrix.
Modification schematic diagram: (a) Direct plating sa ibabaw sa diamante; (b) Pagsagol sa matrix
(1) Pagbag-o sa nawong sa diamante
Ang pagplastar sa mga aktibong elemento sama sa Mo, Ti, W ug Cr sa ibabaw nga layer sa reinforcing phase makapauswag sa interfacial nga mga kinaiya sa diamante, sa ingon mapalambo ang thermal conductivity niini. Ang sintering makapahimo sa mga elemento sa ibabaw nga mo-react sa carbon sa ibabaw sa diamante nga powder aron mahimong usa ka carbide transition layer. Kini nag-optimize sa basa nga estado tali sa diamante ug sa metal nga base, ug ang coating makapugong sa istruktura sa diamante gikan sa pagbag-o sa taas nga temperatura.
(2) Alloying sa tumbaga matrix
Sa wala pa ang composite nga pagproseso sa mga materyales, ang pre-alloying nga pagtambal gihimo sa metallic copper, nga makahimo og mga composite nga materyales nga adunay kasagarang taas nga thermal conductivity. Ang doping nga aktibo nga mga elemento sa copper matrix dili lamang epektibo nga makunhuran ang basa nga Anggulo tali sa diamante ug tumbaga, apan makamugna usab og carbide layer nga solido nga matunaw sa copper matrix sa diamante / Cu interface human sa reaksyon. Niining paagiha, kadaghanan sa mga gaps nga anaa sa materyal nga interface giusab ug napuno, sa ingon nagpauswag sa thermal conductivity.
04 Konklusyon
Ang naandan nga mga materyales sa pagputos kulang sa pagdumala sa kainit gikan sa mga advanced chips. Ang Dia/Cu composites, nga adunay tunable nga CTE ug ultrahigh thermal conductivity, nagrepresentar sa usa ka transformative solution alang sa sunod nga henerasyon nga electronics.
Ingon usa ka high-tech nga negosyo nga naghiusa sa industriya ug pamatigayon, ang XKH nagpunting sa panukiduki ug pag-uswag ug paghimo sa mga komposit nga diamante / tumbaga ug mga komposisyon sa high-performance nga metal matrix sama sa SiC / Al ug Gr / Cu, nga naghatag mga bag-ong solusyon sa pagdumala sa thermal nga adunay thermal conductivity nga sobra sa 900W / (m·K) alang sa natad sa electronic packaging, power modules ug aspace.
XKH's Diamond copper clad laminate composite nga materyal:
Panahon sa pag-post: Mayo-12-2025