हिरा/तांबे संमिश्र - पुढची मोठी गोष्ट!

१९८० पासून, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्सची एकत्रीकरण घनता वार्षिक १.५× किंवा त्याहून अधिक वेगाने वाढत आहे. जास्त एकत्रीकरणामुळे जास्त विद्युत प्रवाह घनता आणि ऑपरेशन दरम्यान उष्णता निर्माण होते.जर ही उष्णता कार्यक्षमतेने नष्ट झाली नाही तर ती थर्मल बिघाड निर्माण करू शकते आणि इलेक्ट्रॉनिक घटकांचे आयुष्य कमी करू शकते.

वाढत्या औष्णिक व्यवस्थापनाच्या मागण्या पूर्ण करण्यासाठी, उत्कृष्ट औष्णिक चालकता असलेल्या प्रगत इलेक्ट्रॉनिक पॅकेजिंग साहित्यांचे विस्तृत संशोधन आणि ऑप्टिमाइझेशन केले जात आहे.

हिरा/तांबे संमिश्र साहित्य

०१ हिरा आणि तांबे

पारंपारिक पॅकेजिंग साहित्यांमध्ये सिरेमिक, प्लास्टिक, धातू आणि त्यांचे मिश्रधातू समाविष्ट आहेत. BeO आणि AlN सारख्या सिरेमिकमध्ये अर्धवाहकांशी जुळणारे CTE, चांगली रासायनिक स्थिरता आणि मध्यम थर्मल चालकता दिसून येते. तथापि, त्यांची जटिल प्रक्रिया, उच्च किंमत (विशेषतः विषारी BeO), आणि ठिसूळपणा अनुप्रयोगांना मर्यादित करते. प्लास्टिक पॅकेजिंग कमी खर्च, हलके वजन आणि इन्सुलेशन देते परंतु खराब थर्मल चालकता आणि उच्च-तापमान अस्थिरतेचा सामना करते. शुद्ध धातू (Cu, Ag, Al) मध्ये उच्च थर्मल चालकता असते परंतु जास्त CTE असते, तर मिश्रधातू (Cu-W, Cu-Mo) थर्मल कामगिरीशी तडजोड करतात. अशा प्रकारे, उच्च थर्मल चालकता आणि इष्टतम CTE संतुलित करणारे नवीन पॅकेजिंग साहित्य तातडीने आवश्यक आहे.

हिरासर्वात कठीण ज्ञात नैसर्गिक पदार्थ (मोहस १०), मध्ये देखील अपवादात्मक आहेऔष्णिक चालकता (२००–२२०० वॅट/(मी·के)).

डायमंड मायक्रो-पावडर

तांबे, सह उच्च औष्णिक/विद्युत चालकता (४०१ W/(m·K))आयसीमध्ये लवचिकता, लवचिकता आणि खर्च कार्यक्षमता यांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.

या गुणधर्मांचे संयोजन करून,डायमंड/कॉपर (Dia/Cu) कंपोझिट- मॅट्रिक्स म्हणून Cu आणि मजबुतीकरण म्हणून हिरा - पुढील पिढीतील थर्मल व्यवस्थापन साहित्य म्हणून उदयास येत आहेत.

०२ मुख्य फॅब्रिकेशन पद्धती

हिरा/तांबे तयार करण्याच्या सामान्य पद्धतींमध्ये हे समाविष्ट आहे: पावडर धातूशास्त्र, उच्च-तापमान आणि उच्च-दाब पद्धत, वितळण्याची विसर्जन पद्धत, डिस्चार्ज प्लाझ्मा सिंटरिंग पद्धत, थंड फवारणी पद्धत इ.

एकल-कण आकाराच्या हिऱ्या/तांब्याच्या संमिश्रांच्या तयारीच्या वेगवेगळ्या पद्धती, प्रक्रिया आणि गुणधर्मांची तुलना

सामान्य Dia/Cu संमिश्र तंत्रांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

(१)पावडर धातूशास्त्र
मिश्रित हिरा/क्यू पावडर कॉम्पॅक्ट आणि सिंटर केलेले असतात. किफायतशीर आणि सोपी असली तरी, ही पद्धत मर्यादित घनता, एकसमान सूक्ष्म संरचना आणि मर्यादित नमुना परिमाणे देते.

Sइंटरिंग युनिट

(१)उच्च-दाब उच्च-तापमान (HPHT)
मल्टी-अ‍ॅन्व्हिल प्रेस वापरून, वितळलेले Cu अत्यंत परिस्थितीत हिऱ्याच्या जाळ्यांमध्ये घुसते, ज्यामुळे दाट संमिश्र तयार होतात. तथापि, HPHT ला महागडे साचे लागतात आणि ते मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी अयोग्य असते.

Cयुबिक प्रेस

(१)वितळणे घुसखोरी
वितळलेले घन दाब-सहाय्यित किंवा केशिका-चालित घुसखोरीद्वारे डायमंड प्रीफॉर्म्समध्ये प्रवेश करते. परिणामी संमिश्र ४४६ W/(m·K) पेक्षा जास्त थर्मल चालकता प्राप्त करतात.

(२)स्पार्क प्लाझ्मा सिंटरिंग (एसपीएस)
स्पंदित प्रवाह दाबाखाली मिश्र पावडर वेगाने सिंटर करतो. जरी कार्यक्षम असले तरी, 65 व्हॉल्यूम% पेक्षा जास्त असलेल्या डायमंड फ्रॅक्शनवर SPS कामगिरी कमी होते.

डिस्चार्ज प्लाझ्मा सिंटरिंग सिस्टमचे योजनाबद्ध आकृती

(५) कोल्ड स्प्रे डिपॉझिशन
पावडर जलद बनवल्या जातात आणि सब्सट्रेट्सवर जमा केल्या जातात. या नवजात पद्धतीला पृष्ठभागाच्या समाप्ती नियंत्रणात आणि थर्मल कामगिरी प्रमाणीकरणात आव्हानांचा सामना करावा लागतो.

०३ इंटरफेस सुधारणा

संमिश्र पदार्थांच्या तयारीसाठी, घटकांमधील परस्पर ओले होणे ही संमिश्र प्रक्रियेसाठी एक आवश्यक पूर्वअट आहे आणि इंटरफेस स्ट्रक्चर आणि इंटरफेस बाँडिंग स्टेटवर परिणाम करणारा एक महत्त्वाचा घटक आहे. डायमंड आणि क्यू दरम्यानच्या इंटरफेसवर न ओले होण्याची स्थिती खूप उच्च इंटरफेस थर्मल रेझिस्टन्सकडे नेते. म्हणूनच, विविध तांत्रिक माध्यमांद्वारे दोघांमधील इंटरफेसवर बदल संशोधन करणे खूप महत्वाचे आहे. सध्या, डायमंड आणि क्यू मॅट्रिक्समधील इंटरफेस समस्या सुधारण्यासाठी प्रामुख्याने दोन पद्धती आहेत: (१) हिऱ्याचे पृष्ठभाग बदल उपचार; (२) तांबे मॅट्रिक्सचे मिश्रधातू उपचार.

सुधारणा योजनाबद्ध आकृती: (अ) हिऱ्याच्या पृष्ठभागावर थेट प्लेटिंग; (ब) मॅट्रिक्स मिश्रधातू

(१) हिऱ्याच्या पृष्ठभागावरील बदल

रीइन्फोर्सिंग फेजच्या पृष्ठभागावरील थरावर Mo, Ti, W आणि Cr सारखे सक्रिय घटक प्लेटिंग केल्याने हिऱ्याच्या इंटरफेसियल वैशिष्ट्यांमध्ये सुधारणा होऊ शकते, ज्यामुळे त्याची थर्मल चालकता वाढते. सिंटरिंगमुळे वरील घटक डायमंड पावडरच्या पृष्ठभागावरील कार्बनशी प्रतिक्रिया करून कार्बाइड संक्रमण थर तयार करू शकतात. हे हिरा आणि धातूच्या पायामधील ओल्या स्थितीला अनुकूल करते आणि कोटिंग उच्च तापमानात हिऱ्याची रचना बदलण्यापासून रोखू शकते.

(२) तांब्याच्या मॅट्रिक्सचे मिश्रधातू

मटेरियलच्या कंपोझिट प्रक्रियेपूर्वी, धातूच्या तांब्यावर प्री-अलॉयिंग ट्रीटमेंट केली जाते, ज्यामुळे सामान्यतः उच्च थर्मल चालकता असलेले कंपोझिट मटेरियल तयार होऊ शकतात. कॉपर मॅट्रिक्समध्ये सक्रिय घटकांचे डोपिंग केल्याने केवळ हिरा आणि तांबे यांच्यातील ओलावा कोन प्रभावीपणे कमी होऊ शकत नाही, तर अभिक्रियेनंतर डायमंड /Cu इंटरफेसवर कॉपर मॅट्रिक्समध्ये घन विरघळणारा कार्बाइड थर देखील तयार होतो. अशा प्रकारे, मटेरियल इंटरफेसमध्ये असलेल्या बहुतेक अंतरांमध्ये बदल केले जातात आणि भरले जातात, ज्यामुळे थर्मल चालकता सुधारते.

०४ निष्कर्ष

पारंपारिक पॅकेजिंग साहित्य प्रगत चिप्सपासून उष्णता व्यवस्थापित करण्यात कमी पडतात. ट्यून करण्यायोग्य CTE आणि अतिउच्च थर्मल चालकता असलेले Dia/Cu कंपोझिट, पुढील पिढीच्या इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी एक परिवर्तनकारी उपाय दर्शवतात.

उद्योग आणि व्यापार एकत्रित करणारा एक उच्च-तंत्रज्ञानाचा उपक्रम म्हणून, XKH डायमंड/तांबे कंपोझिट आणि SiC/Al आणि Gr/Cu सारख्या उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या मेटल मॅट्रिक्स कंपोझिटच्या संशोधन आणि विकास आणि उत्पादनावर लक्ष केंद्रित करते, इलेक्ट्रॉनिक पॅकेजिंग, पॉवर मॉड्यूल आणि एरोस्पेस क्षेत्रांसाठी 900W/(m·K) पेक्षा जास्त थर्मल चालकता असलेले नाविन्यपूर्ण थर्मल व्यवस्थापन उपाय प्रदान करते.

एक्सकेएच'डायमंड कॉपर क्लॅड लॅमिनेट कंपोझिट मटेरियल: