1980-იანი წლებიდან მოყოლებული, ელექტრონული სქემების ინტეგრაციის სიმკვრივე წლიურად 1.5-ჯერ ან უფრო სწრაფად იზრდება. უფრო მაღალი ინტეგრაცია იწვევს დენის სიმკვრივისა და სითბოს გამომუშავების ზრდას მუშაობის დროს.თუ ეს სითბო ეფექტურად არ გაიფანტება, შეიძლება გამოიწვიოს თერმული უკმარისობა და შეამციროს ელექტრონული კომპონენტების სიცოცხლის ხანგრძლივობა.
თერმული მართვის მზარდი მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, ინტენსიურად ხდება მაღალი თბოგამტარობის მქონე მოწინავე ელექტრონული შესაფუთი მასალების კვლევა და ოპტიმიზაცია.
ბრილიანტის/სპილენძის კომპოზიტური მასალა
01 ბრილიანტი და სპილენძი
ტრადიციული შესაფუთი მასალები მოიცავს კერამიკას, პლასტმასს, ლითონებს და მათ შენადნობებს. კერამიკას, როგორიცაა BeO2 და AlN, ახასიათებს ნახევარგამტარებთან შესაბამის CTE-ები, კარგი ქიმიური სტაბილურობა და ზომიერი თბოგამტარობა. თუმცა, მათი რთული დამუშავება, მაღალი ღირებულება (განსაკუთრებით ტოქსიკური BeO2) და სიმყიფე ზღუდავს გამოყენებას. პლასტმასის შეფუთვა გთავაზობთ დაბალ ფასს, მსუბუქ წონას და იზოლაციას, მაგრამ აწუხებს ცუდი თბოგამტარობა და მაღალტემპერატურული არასტაბილურობა. სუფთა ლითონებს (Cu, Ag, Al) აქვთ მაღალი თბოგამტარობა, მაგრამ ჭარბი CTE, ხოლო შენადნობები (Cu-W, Cu-Mo) ამცირებენ თერმულ მახასიათებლებს. ამრიგად, სასწრაფოდ არის საჭირო ახალი შესაფუთი მასალები, რომლებიც დაბალანსებენ მაღალ თბოგამტარობას და ოპტიმალურ CTE-ს.
| გამაგრება | თბოგამტარობა (W/(m·K)) | კონდენსატორის ძაბვა (×10⁻⁶/℃) | სიმკვრივე (გ/სმ³) |
| ბრილიანტი | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| BeO ნაწილაკები | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN ნაწილაკები | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC ნაწილაკები | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C ნაწილაკები | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| ბორის ბოჭკო | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC ნაწილაკები | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ ნაწილაკები | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC ულვაშები | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ ნაწილაკები | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ ნაწილაკები | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ ნაწილაკები | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
ბრილიანტი, ყველაზე მყარი ცნობილი ბუნებრივი მასალა (მოჰსი 10), ასევე ფლობს განსაკუთრებულთბოგამტარობა (200–2200 W/(m·K)).
ბრილიანტის მიკრო ფხვნილი
სპილენძი, თან მაღალი თბო/ელექტროგამტარობა (401 W/(m·K)), პლასტიურობა და ეკონომიურობა, ფართოდ გამოიყენება ინტეგრირებულ სქემებში.
ამ თვისებების გაერთიანებით,ალმასის/სპილენძის (Dia/Cu) კომპოზიტები— მატრიცის სახით Cu-ს და გამაგრების სახით ალმასის გამოყენებით — ახალი თაობის თერმული მართვის მასალებად ყალიბდება.
02 ძირითადი დამზადების მეთოდები
ბრილიანტის/სპილენძის დამზადების გავრცელებული მეთოდებია: ფხვნილის მეტალურგია, მაღალი ტემპერატურისა და წნევის მეთოდი, დნობის ჩაძირვის მეთოდი, გამონადენის პლაზმური სინთეზირების მეთოდი, ცივი შესხურების მეთოდი და ა.შ.
ერთნაწილაკიანი ალმასის/სპილენძის კომპოზიტების მომზადების სხვადასხვა მეთოდების, პროცესებისა და თვისებების შედარება
| პარამეტრი | ფხვნილის მეტალურგია | ვაკუუმური ცხელი დაწნეხვა | ნაპერწკლოვანი პლაზმური სინთეზირება (SPS) | მაღალი წნევა მაღალი ტემპერატურა (HPHT) | ცივი შესხურების დეპონირება | დნობის ინფილტრაცია |
| ალმასის ტიპი | MBD8 | მაღალი სიხშირის დიაპაზონი (HFD-D) | MBD8 | MBD4 | პერსონალური ციფრული ასისტენტი | MBD8/HHD |
| მატრიცა | 99.8% სპილენძის ფხვნილი | 99.9% ელექტროლიტური სპილენძის ფხვნილი | 99.9% სპილენძის ფხვნილი | შენადნობი/სუფთა სპილენძის ფხვნილი | სუფთა სპილენძის ფხვნილი | სუფთა სპილენძის ნაყარი/ღერო |
| ინტერფეისის მოდიფიკაცია | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| ნაწილაკების ზომა (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| მოცულობითი ფრაქცია (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| ტემპერატურა (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 წწ. | 350 | 1100–1300 წწ. |
| წნევა (მპა) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| დრო (წთ) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| ფარდობითი სიმჭიდროვე (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| შესრულება | ||||||
| ოპტიმალური თბოგამტარობა (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
საერთო Dia/Cu კომპოზიტური ტექნიკა მოიცავს:
(1)ფხვნილის მეტალურგია
შერეული ბრილიანტის/სპილენძის ფხვნილები კომპაქტდება და სინთეზირდება. ეკონომიური და მარტივი მეთოდის მიუხედავად, ის იძლევა შეზღუდულ სიმკვრივეს, არაერთგვაროვან მიკროსტრუქტურებს და შეზღუდული ნიმუშის ზომებს.
Sინტერნირების ერთეული
(1)მაღალი წნევა მაღალი ტემპერატურა (HPHT)
მრავალსაყრდენი პრესების გამოყენებით, გამდნარი Cu ექსტრემალურ პირობებში აღწევს ალმასის ბადეებში და წარმოქმნის მკვრივ კომპოზიტებს. თუმცა, HPHT-ს სჭირდება ძვირადღირებული ყალიბები და არ არის შესაფერისი ფართომასშტაბიანი წარმოებისთვის.
Cიუბიკური პრესა
(1)დნობის ინფილტრაცია
გამდნარი სპილენძი ალმასის პრეფორმებში აღწევს წნევის ან კაპილარული ინფილტრაციის გზით. შედეგად მიღებული კომპოზიტები აღწევს >446 W/(m·K) თბოგამტარობას.
(2)ნაპერწკლოვანი პლაზმური სინთეზირება (SPS)
იმპულსური დენი სწრაფად ადუღებს შერეულ ფხვნილებს წნევის ქვეშ. ეფექტურობის მიუხედავად, SPS-ის მუშაობა უარესდება ბრილიანტის >65 მოცულობითი ფრაქციის დროს.
განმუხტვის პლაზმური სინთეზირების სისტემის სქემატური დიაგრამა
(5) ცივი შესხურებით დატანა
ფხვნილები აჩქარებენ და ილექებიან სუბსტრატებზე. ეს ახლადშექმნილი მეთოდი ზედაპირის დამუშავების კონტროლსა და თერმული მახასიათებლების დადასტურებაში სირთულეებს აწყდება.
03 ინტერფეისის მოდიფიკაცია
კომპოზიტური მასალების მოსამზადებლად, კომპონენტებს შორის ურთიერთდასველება კომპოზიტური პროცესის აუცილებელი წინაპირობაა და მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს ინტერფეისის სტრუქტურასა და ინტერფეისის შეერთების მდგომარეობაზე. ბრილიანტსა და სპილენძს შორის ინტერფეისზე დასველების არარსებობა იწვევს ინტერფეისის ძალიან მაღალ თერმულ წინააღმდეგობას. ამიტომ, ძალიან მნიშვნელოვანია მათ შორის ინტერფეისზე მოდიფიკაციის კვლევის ჩატარება სხვადასხვა ტექნიკური საშუალებით. ამჟამად, ბრილიანტსა და სპილენძის მატრიცას შორის ინტერფეისის პრობლემის გასაუმჯობესებლად ძირითადად ორი მეთოდი არსებობს: (1) ბრილიანტის ზედაპირული მოდიფიკაციის დამუშავება; (2) სპილენძის მატრიცის შენადნობი დამუშავება.
მოდიფიკაციის სქემატური დიაგრამა: (ა) ალმასის ზედაპირზე პირდაპირი მოპირკეთება; (ბ) მატრიცული შენადნობა
(1) ალმასის ზედაპირის მოდიფიკაცია
აქტიური ელემენტების, როგორიცაა Mo, Ti, W და Cr, დაფარვა გამაგრების ფაზის ზედაპირულ ფენაზე, აუმჯობესებს ალმასის ზედაპირულ მახასიათებლებს, რითაც ზრდის მის თბოგამტარობას. სინთეზირება საშუალებას აძლევს ზემოთ აღნიშნულ ელემენტებს, რეაგირება მოახდინონ ალმასის ფხვნილის ზედაპირზე არსებულ ნახშირბადთან კარბიდის გარდამავალი ფენის წარმოქმნით. ეს ოპტიმიზაციას უკეთებს ბრილიანტსა და ლითონის ფუძეს შორის დასველების მდგომარეობას, ხოლო საფარი ხელს უშლის ალმასის სტრუქტურის ცვლილებას მაღალ ტემპერატურაზე.
(2) სპილენძის მატრიცის შენადნობა
მასალების კომპოზიტური დამუშავების წინ, მეტალის სპილენძზე ტარდება წინასწარი შენადნობის დამუშავება, რომლის შედეგადაც შესაძლებელია კომპოზიტური მასალების წარმოება, როგორც წესი, მაღალი თბოგამტარობით. სპილენძის მატრიცაში აქტიური ელემენტების შეერთება არა მხოლოდ ეფექტურად ამცირებს ბრილიანტსა და სპილენძს შორის დასველების კუთხეს, არამედ წარმოქმნის კარბიდის ფენას, რომელიც რეაქციის შემდეგ ბრილიანტის/სპილენძის საზღვარზე სპილენძის მატრიცაში მყარი სახით ხსნადია. ამ გზით, მასალის საზღვარზე არსებული ნაპრალების უმეტესობა მოდიფიცირებული და შევსებულია, რითაც გაუმჯობესდება თბოგამტარობა.
04 დასკვნა
ტრადიციული შესაფუთი მასალები ვერ ახერხებენ თანამედროვე ჩიპებიდან სითბოს მართვას. Dia/Cu კომპოზიტები, რეგულირებადი CTE-ით და ულტრამაღალი თბოგამტარობით, წარმოადგენს ტრანსფორმაციულ გადაწყვეტას ახალი თაობის ელექტრონიკისთვის.
როგორც მაღალტექნოლოგიური საწარმო, რომელიც აერთიანებს მრეწველობასა და ვაჭრობას, XKH ფოკუსირებულია ბრილიანტის/სპილენძის კომპოზიტების და მაღალი ხარისხის ლითონის მატრიცული კომპოზიტების, როგორიცაა SiC/Al და Gr/Cu, კვლევაზე, განვითარებასა და წარმოებაზე, რაც უზრუნველყოფს ინოვაციურ თერმული მართვის გადაწყვეტილებებს 900 W/(m·K)-ზე მეტი თბოგამტარობით ელექტრონული შეფუთვის, ენერგომომარაგების მოდულებისა და აერონავტიკის სფეროებისთვის.
XKH'ბრილიანტის სპილენძის საფარით დაფარული ლამინირებული კომპოზიტური მასალა:
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 12 მაისი