Sukad sa dekada 1980, ang integration density sa mga electronic circuit nagkataas sa tinuig nga rate nga 1.5× o mas paspas pa. Ang mas taas nga integration mosangpot sa mas taas nga current densities ug heat generation atol sa operasyon.Kon dili mawala nga episyente, kini nga kainit mahimong hinungdan sa pagkapakyas sa kainit ug pagkunhod sa kinabuhi sa mga elektronik nga sangkap.
Aron matubag ang nagkataas nga panginahanglan sa pagdumala sa kainit, ang mga abante nga elektronik nga materyales sa pagputos nga adunay labaw nga thermal conductivity kaylap nga gisusi ug gi-optimize.
Materyal nga komposit nga diamante/tumbaga
01 Diamante ug Tumbaga
Ang tradisyonal nga mga materyales sa pagputos naglakip sa mga seramiko, plastik, metal, ug ang ilang mga haluang metal. Ang mga seramiko sama sa BeO ug AlN nagpakita sa mga CTE nga mohaom sa mga semiconductor, maayong kemikal nga kalig-on, ug kasarangan nga thermal conductivity. Bisan pa, ang ilang komplikado nga pagproseso, taas nga gasto (ilabi na ang makahilo nga BeO), ug brittleness naglimite sa mga aplikasyon. Ang plastik nga pagputos nagtanyag og mubu nga gasto, gaan, ug insulasyon apan nag-antos sa dili maayo nga thermal conductivity ug taas nga temperatura nga kawalay kalig-on. Ang puro nga mga metal (Cu, Ag, Al) adunay taas nga thermal conductivity apan sobra nga CTE, samtang ang mga haluang metal (Cu-W, Cu-Mo) makadaot sa thermal performance. Busa, ang mga bag-ong materyales sa pagputos nga nagbalanse sa taas nga thermal conductivity ug labing maayo nga CTE gikinahanglan dayon.
| Pagpalig-on | Konduktibidad sa Init (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Densidad (g/cm³) |
| Diamante | 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 |
| Mga partikulo sa B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Lanot sa boron | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Mga partikulo sa TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| mga partikulo sa Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| Mga bungot nga SiC | 32 | 3.4 | – |
| mga partikulo sa Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| mga partikulo sa TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| mga partikulo sa SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Diamante, ang pinakagahi nga nailhan nga natural nga materyal (Mohs 10), adunay usab talagsaonkonduktibidad sa kainit (200–2200 W/(m·K)).
Diamante nga mikro-pulbos
Tumbaga, uban sa taas nga thermal/electrical conductivity (401 W/(m·K)), ductility, ug cost efficiency, kay kaylap nga gigamit sa mga IC.
Ang paghiusa niining mga kabtangan,brilyante / tumbaga (Dia / Cu) mga komposisyon—uban sa Cu isip matrix ug diamante isip reinforcement—nagtumaw isip sunod nga henerasyon nga mga materyales sa pagdumala sa kainit.
02 Pangunang mga Pamaagi sa Paghimo
Ang kasagarang mga pamaagi sa pag-andam sa diamante/tumbaga naglakip sa: powder metallurgy, high-temperature ug high-pressure nga pamaagi, melt immersion nga pamaagi, discharge plasma sintering nga pamaagi, cold spraying nga pamaagi, ug uban pa.
Pagtandi sa lain-laing mga pamaagi sa pag-andam, mga proseso ug mga kabtangan sa single-particle size nga diamante/tumbaga nga mga composite
| Parametro | Metalurhiya sa Pulbos | Pag-init sa Pag-vacuum | Spark Plasma Sintering (SPS) | Taas nga Presyon ug Taas nga Temperatura (HPHT) | Pagdeposito sa Bugnaw nga Spray | Paglusot sa Natunaw |
| Tipo sa Diamante | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matris | 99.8% Cu nga pulbos | 99.9% nga elektrolitikong Cu nga pulbos | 99.9% nga pulbos nga Cu | Haluang metal/purong Cu nga pulbos | Puro nga pulbos nga Cu | Puro nga Cu nga bulk/rod |
| Pag-usab 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 |
| Tipik sa Volume (%) | 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)Metalurhiya sa Pulbos
Ang sinagol nga diamond/Cu nga mga pulbos gisiksik ug gi-sinter. Samtang barato ug yano, kini nga pamaagi naghatag og limitado nga densidad, dili homogenous nga mga microstructure, ug limitado nga mga sukod sa sample.
Syunit sa pagsal-ot
(1)Taas nga Presyon ug Taas nga Temperatura (HPHT)
Gamit ang multi-anvil press, ang tinunaw nga Cu mosulod sa diamond lattices ubos sa grabeng mga kondisyon, nga moresulta sa dasok nga mga composite. Apan, ang HPHT nagkinahanglan og mahal nga mga molde ug dili angay alang sa dako nga produksiyon.
Cubic press
(1)Paglusot sa Natunaw
Ang tinunaw nga Cu moagi sa diamante pinaagi sa pressure-assisted o capillary-driven infiltration. Ang resulta nga mga composite makab-ot ang >446 W/(m·K) thermal conductivity.
(2)Spark Plasma Sintering (SPS)
Ang pulsed current paspas nga mo-sinter sa sinagol nga mga pulbos ubos sa presyur. Bisan kung episyente, ang performance sa SPS moubos sa diamond fractions nga >65 vol%.
Diagram sa eskematiko sa sistema sa pag-sinter sa plasma sa pagpagawas
(5) Pagdeposito sa Bugnaw nga Spray
Ang mga pulbos gipaspasan ug gideposito sa mga substrate. Kini nga bag-ong pamaagi nag-atubang og mga hagit sa pagkontrol sa surface finish ug thermal performance validation.
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 proseso sa composite ug usa ka importante nga butang nga makaapekto sa istruktura sa interface ug kahimtang sa pag-bonding sa interface. Ang dili-pagkabasa nga kondisyon sa interface tali sa diamante ug Cu mosangpot sa taas kaayo nga thermal resistance sa interface. Busa, importante kaayo ang pagpahigayon og panukiduki sa pagbag-o sa interface tali sa duha pinaagi sa lainlaing teknikal nga paagi. Sa pagkakaron, adunay duha ka pangunang pamaagi aron mapaayo ang problema sa interface tali sa diamante ug Cu matrix: (1) Pag-usab sa nawong sa diamante; (2) Pag-alloy sa copper matrix.
Diagram sa eskematiko sa pagbag-o: (a) Direktang pag-plate sa ibabaw sa diamante; (b) Pag-alloy sa matrix
(1) Pag-usab sa nawong sa diamante
Ang pagbutang og mga aktibong elemento sama sa Mo, Ti, W ug Cr sa ibabaw nga layer sa reinforcing phase makapauswag sa interfacial characteristics 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 pulbos aron maporma ang carbide transition layer. Kini maka-optimize sa wetting state tali sa diamante ug sa metal base, ug ang coating makapugong sa pagbag-o sa istruktura sa diamante sa taas nga temperatura.
(2) Pag-alloy sa tumbaga nga matrix
Sa dili pa ang composite processing sa mga materyales, ang pre-alloying treatment gihimo sa metallic copper, nga makahimo og composite materials nga kasagaran adunay taas nga thermal conductivity. Ang pag-doping sa mga aktibong elemento sa copper matrix dili lamang epektibong makapakunhod sa wetting angle tali sa diamante ug tumbaga, apan makamugna usab og carbide layer nga solidong matunaw sa copper matrix sa diamond/Cu interface human sa reaksyon. Niining paagiha, kadaghanan sa mga gintang nga anaa sa material interface mausab ug mapuno, sa ingon makapauswag 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 CTE ug ultrahigh thermal conductivity, nagrepresentar sa usa ka transformative nga solusyon alang sa sunod nga henerasyon nga mga electronics.
Isip usa ka high-tech nga negosyo nga naghiusa sa industriya ug pamatigayon, ang XKH nagpunting sa panukiduki ug pag-uswag ug produksiyon sa mga diamond/copper composites ug high-performance metal matrix composites sama sa SiC/Al ug Gr/Cu, nga naghatag og mga inobatibong solusyon sa thermal management nga adunay thermal conductivity nga sobra sa 900W/(m·K) para sa mga natad sa electronic packaging, power modules ug aerospace.
XKH's Diamond nga giputos sa tumbaga nga laminate composite nga materyal:
Oras sa pag-post: Mayo-12-2025