Frá níunda áratugnum hefur samþættingarþéttleiki rafrása aukist um 1,5 sinnum eða hraðar árlega. Meiri samþætting leiðir til meiri straumþéttleika og varmamyndunar við notkun.Ef þessi hiti dreifist ekki á skilvirkan hátt getur hann valdið hitabilun og stytt líftíma rafeindaíhluta.
Til að mæta vaxandi kröfum um varmastjórnun eru háþróuð rafeindaumbúðaefni með framúrskarandi varmaleiðni í mikilli rannsókn og fínstillingu.
Samsett efni úr demanti/kopar
01 Demantur og kopar
Hefðbundin umbúðaefni eru meðal annars keramik, plast, málmar og málmblöndum þeirra. Keramik eins og BeO og AlN sýna fram á samsetta rafeindatækni (CTE) og hálfleiðara, góðan efnafræðilegan stöðugleika og miðlungs varmaleiðni. Hins vegar takmarkar flókin vinnsla þeirra, hár kostnaður (sérstaklega eitrað BeO) og brothættni notkun. Plastumbúðir bjóða upp á lágan kostnað, léttar þyngd og einangrun en þjást af lélegri varmaleiðni og óstöðugleika við hátt hitastig. Hreinir málmar (Cu, Ag, Al) hafa mikla varmaleiðni en of mikla rafeindatækni, en málmblöndum (Cu-W, Cu-Mo) skerða varmaleiðni. Því er brýn þörf á nýstárlegum umbúðaefnum sem vega vel á milli mikillar varmaleiðni og bestu rafeindatækni.
| Styrking | Varmaleiðni (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Þéttleiki (g/cm³) |
| Demantur | 700–2000 | 0,9–1,7 | 3,52 |
| BeO2 agnir | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN agnir | 150–250 | 2,69 | 3.26 |
| SiC agnir | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C agnir | 29–67 | 4.4 | 2,52 |
| Bórþráður | 40 | ~5,0 | 2.6 |
| TiC agnir | 40 | 7.4 | 4,92 |
| Al₂O₃ agnir | 20–40 | 4.4 | 3,98 |
| SiC-hársvörður | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ agnir | 28 | 1,44 | 3.18 |
| TiB₂ agnir | 25 | 4.6 | 4,5 |
| SiO₂ agnir | 1.4 | <1,0 | 2,65 |
Demantur, harðasta náttúruefnið sem vitað er um (Mohs 10), býr einnig yfir einstökum eiginleikumvarmaleiðni (200–2200 W/(m·K)).
Demants ör-duft
Kopar, með mikil varma-/rafleiðni (401 W/(m·K)), sveigjanleiki og hagkvæmni, er mikið notað í rafrásum (ICs).
Að sameina þessa eiginleika,demantur/kopar (Dia/Cu) samsett efni—með Cu sem grunnefni og demant sem styrkingu — eru að koma fram sem næstu kynslóð hitastjórnunarefna.
02 Lykilframleiðsluaðferðir
Algengar aðferðir til að framleiða demant/kopar eru meðal annars: duftmálmvinnsla, háhita- og háþrýstingsaðferð, bræðsluaðferð, plasmasintrun með útblásturslofti, köld úðun o.s.frv.
Samanburður á mismunandi undirbúningsaðferðum, ferlum og eiginleikum demants/kopar-samsettra efna með einni agnastærð
| Færibreyta | Duftmálmvinnsla | Tómarúm heitpressun | Neistaplasmasintrun (SPS) | Háþrýstings-háhitastig (HPHT) | Kalt úðaútfelling | Bráðnunaríferð |
| Tegund demants | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matrix | 99,8% Cu duft | 99,9% rafgreiningar-Cu duft | 99,9% Cu duft | Málmblönduð/hreint Cu duft | Hreint Cu duft | Hreint Cu magn/stöng |
| Breyting á viðmóti | – | – | – | B, Títt, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Agnastærð (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Rúmmálshlutfall (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Hitastig (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Þrýstingur (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Tími (mín.) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Hlutfallslegur þéttleiki (%) | 98,5 | 99,2–99,7 | – | – | – | 99,4–99,7 |
| Afköst | ||||||
| Besta hitaleiðni (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Algengar Dia/Cu samsettar aðferðir eru:
(1)Duftmálmvinnsla
Blandað demant/Cu duft er þjappað og sintrað. Þó að þessi aðferð sé hagkvæm og einföld, þá gefur hún takmarkaðan eðlisþyngd, óeinsleita örbyggingu og takmarkaðar sýnisstærðir.
Smillieining
(1)Háþrýstings-háhitastig (HPHT)
Með því að nota fjölþjöppupressur síast bráðið kopar inn í demantgrindur við erfiðar aðstæður og myndar þétt samsett efni. Hins vegar krefst HPHT dýrra mót og hentar ekki til stórfelldrar framleiðslu.
CUbic Press
(1)Bráðnunaríferð
Brætt kopar síast inn í demantsforform með þrýstiaðstoð eða kapillarstýrðri síun. Samsett efni ná varmaleiðni sem er >446 W/(m·K).
(2)Neistaplasmasintrun (SPS)
Púlsstraumur sintrar blönduð duft hratt undir þrýstingi. Þótt SPS sé skilvirkt, versnar afköst þess við demanthlutfall >65 rúmmáls%.
Skýringarmynd af sintrunarkerfi útblástursplasma
(5) Kalt úðaútfelling
Duft er hraðað og sett á undirlag. Þessi nýja aðferð stendur frammi fyrir áskorunum í stjórnun á yfirborðsáferðar og staðfestingu á hitauppstreymi.
03 Breyting á viðmóti
Við framleiðslu á samsettum efnum er gagnkvæm væta milli íhluta nauðsynleg forsenda fyrir samsettu ferlinu og mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á tengiflatabyggingu og tengiástand tengiflata. Óvætandi ástand á tengiflata milli demants og kopars leiðir til mjög mikillar hitaviðnáms við tengiflata. Þess vegna er mjög mikilvægt að framkvæma rannsóknir á breytingum á tengiflata milli þeirra tveggja með ýmsum tæknilegum aðferðum. Eins og er eru aðallega tvær aðferðir til að bæta tengiflatavandamálið milli demants og kopargrunnefnis: (1) Yfirborðsbreytingarmeðferð á demanti; (2) Málmblöndunarmeðferð á kopargrunnefni.
Skýringarmynd af breytingum: (a) Bein húðun á yfirborði demants; (b) Málmblöndun
(1) Yfirborðsbreyting á demanti
Með því að húða virka þætti eins og Mo, Ti, W og Cr á yfirborðslag styrkingarfasans getur það bætt viðmótseiginleika demantsins og þar með aukið varmaleiðni hans. Sintrun getur gert ofangreindum þáttum kleift að hvarfast við kolefnið á yfirborði demantduftsins til að mynda karbíð-umskiptalag. Þetta hámarkar rakaástandið milli demantsins og málmgrunnsins og húðunin getur komið í veg fyrir að uppbygging demantsins breytist við hátt hitastig.
(2) Málmblöndun kopargrunnefnisins
Áður en samsett efni eru unnin er forblöndun framkvæmd á koparmálminum, sem getur framleitt samsett efni með almennt mikla varmaleiðni. Inndæling virkra þátta í kopargrunnefninu getur ekki aðeins dregið úr rakahorninu milli demants og kopars á áhrifaríkan hátt, heldur einnig myndað karbíðlag sem er fast leysanlegt í kopargrunnefninu á demant/koparviðmótinu eftir viðbrögðin. Á þennan hátt eru flest eyður sem eru til staðar á efnisviðmótinu breytt og fyllt, sem bætir varmaleiðnina.
04 Niðurstaða
Hefðbundin umbúðaefni ná ekki að stjórna hita frá háþróuðum örgjörvum. Dia/Cu samsett efni, með stillanlegri CTE og afar mikilli varmaleiðni, eru byltingarkennd lausn fyrir næstu kynslóð rafeindatækni.
Sem hátæknifyrirtæki sem samþættir iðnað og viðskipti leggur XKH áherslu á rannsóknir, þróun og framleiðslu á demant/kopar samsettum efnum og háafköstum málmblöndum eins og SiC/Al og Gr/Cu, og býður upp á nýstárlegar lausnir fyrir varmastjórnun með varmaleiðni yfir 900W/(m·K) fyrir rafeindaumbúðir, aflgjafaeiningar og geimferðir.
XKH'Demantkoparhúðað lagskipt samsett efni:
Birtingartími: 12. maí 2025