1980ko hamarkadaz geroztik, zirkuitu elektronikoen integrazio-dentsitatea urteko 1,5× edo azkarrago handitzen ari da. Integrazio handiagoak korronte-dentsitate handiagoak eta bero-sorkuntza handiagoa dakar funtzionamenduan zehar.Eraginkortasunez xahutzen ez bada, bero horrek akats termikoak eragin ditzake eta osagai elektronikoen bizitza murriztu.
Kudeaketa termikoaren eskaerei erantzuteko, eroankortasun termiko bikaina duten ontziratze elektronikoetarako material aurreratuak sakonki ikertzen eta optimizatzen ari dira.
Diamante/kobrezko material konposatua
01 Diamantea eta Kobrea
Ontziratzeko material tradizionalen artean zeramikak, plastikoak, metalak eta haien aleazioak daude. BeO eta AlN bezalako zeramikek erdieroaleekin bat datozen CTEak, egonkortasun kimiko ona eta eroankortasun termiko moderatua dituzte. Hala ere, haien prozesatze konplexuak, kostu altuak (batez ere BeO toxikoa) eta hauskortasunek aplikazioak mugatzen dituzte. Plastikozko ontziak kostu baxua, pisu arina eta isolamendua eskaintzen dute, baina eroankortasun termiko eskasa eta tenperatura altuko ezegonkortasuna dituzte. Metal puruek (Cu, Ag, Al) eroankortasun termiko handia dute, baina CTE gehiegizkoa, aleazioek (Cu-W, Cu-Mo) errendimendu termikoa kaltetzen duten bitartean. Beraz, premiazkoa da eroankortasun termiko handia eta CTE optimoa orekatzen dituzten ontziratzeko material berriak sortzea.
| Errefortzua | Eroankortasun termikoa (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Dentsitatea (g/cm³) |
| Diamantea | 700–2000 | 0,9–1,7 | 3.52 |
| BeO partikulak | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN partikulak | 150–250 | 2,69 | 3.26 |
| SiC partikulak | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C partikulak | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Boro zuntza | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC partikulak | 40 | 7.4 | 4,92 |
| Al₂O₃ partikulak | 20–40 | 4.4 | 3,98 |
| SiC biboteak | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ partikulak | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ partikulak | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ partikulak | 1.4 | <1.0 | 2,65 |
Diamantea, ezagutzen den material natural gogorrena (Mohs 10), aparteko propietateak ere baditueroankortasun termikoa (200–2200 W/(m·K)).
Diamante mikro-hautsa
Kobrea, -rekin eroankortasun termiko/elektriko handia (401 W/(m·K)), harikortasuna eta kostu-eraginkortasuna oso erabilia da ICetan.
Propietate hauek konbinatuz,diamante/kobre (Dia/Cu) konposatuak—Cu matrize gisa eta diamantea errefortzu gisa dutela— hurrengo belaunaldiko kudeaketa termikoko material gisa agertzen ari dira.
02 Fabrikazio metodo nagusiak
Diamantea/kobrea prestatzeko metodo ohikoenak hauek dira: hauts-metalurgia, tenperatura eta presio altuko metodoa, urtutako murgiltze-metodoa, deskarga-plasma sinterizazio-metodoa, ihinztadura hotzeko metodoa, etab.
Diamante/kobre konpositeen partikula bakarreko prestaketa-metodo, prozesu eta propietate desberdinen konparaketa
| Parametroa | Hauts-metalurgia | Hutsean bero-presioa | Txinga Plasma Sinterizazioa (SPS) | Presio handiko eta tenperatura handiko (HPHT) | Ihinztadura hotzeko deposizioa | Urtutako infiltrazioa |
| Diamante mota | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matrizea | % 99,8ko Cu hautsa | % 99,9ko Cu hauts elektrolitikoa | % 99,9ko Cu hautsa | Aleazio/Cu hauts purua | Cu hauts purua | Cu purua, ontziratuta/barra |
| Interfazearen aldaketa | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Partikula tamaina (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Bolumen-frakzioa (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Tenperatura (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Presioa (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Denbora (min) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Dentsitate erlatiboa (%) | 98.5 | 99,2–99,7 | – | – | – | 99,4–99,7 |
| Errendimendua | ||||||
| Eroankortasun Termiko Optimoa (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Dia/Cu teknika konposatu arruntak honako hauek dira:
(1)Hauts-metalurgia
Diamante/Cu hauts nahasiak trinkotu eta sinterizatzen dira. Kostu-eraginkorra eta sinplea den arren, metodo honek dentsitate mugatua, mikroegitura ez-homogeneoak eta lagin-dimentsio mugatuak ematen ditu.
Sbarne-unitatea
(1)Presio handiko eta tenperatura handiko (HPHT)
Ingude anitzeko prentsak erabiliz, Cu urtua diamante-sareetan sartzen da muturreko baldintzetan, konposite trinkoak sortuz. Hala ere, HPHT-k molde garestiak behar ditu eta ez da egokia eskala handiko ekoizpenerako.
CUbic prentsa
(1)Urtutako infiltrazioa
Urtutako Cuak diamantezko aurreformak iragazten ditu presio bidezko edo kapilar bidezko infiltrazioaren bidez. Emaitza diren konpositeek >446 W/(m·K) eroankortasun termikoa lortzen dute.
(2)Txinga Plasma Sinterizazioa (SPS)
Korronte pultsatuak hauts nahasiak azkar sinterizatzen ditu presiopean. Eraginkorra izan arren, SPSren errendimendua %65 bolumen baino gehiagoko diamante-frakzioetan jaisten da.
Deskarga-plasma sinterizazio sistemaren eskema-diagrama
(5) Ihinztadura hotzaren bidezko deposizioa
Hautsak azeleratu eta substratuetan metatzen dira. Metodo hasiberri honek gainazalaren akaberaren kontrolean eta errendimendu termikoaren baliozkotzean erronkak ditu.
03 Interfazearen Aldaketa
Material konposatuak prestatzeko, osagaien arteko elkar bustitzea ezinbesteko baldintza da prozesu konposaturako, eta interfazearen egituran eta interfazearen lotura-egoeran eragina duen faktore garrantzitsua da. Diamantearen eta Cu-ren arteko interfazean bustitzerik ez egoteak interfazearen erresistentzia termiko oso handia dakar. Hori dela eta, oso garrantzitsua da bien arteko interfazean aldaketa-ikerketa egitea hainbat bitarteko teknikoren bidez. Gaur egun, diamantearen eta Cu matrizearen arteko interfazearen arazoa hobetzeko bi metodo nagusi daude: (1) Diamantearen gainazalaren aldaketa-tratamendua; (2) Kobrezko matrizearen aleazio-tratamendua.
Aldaketaren eskema-diagrama: (a) Diamantearen gainazalean zuzenean plakatzea; (b) Matrizearen aleazioa
(1) Diamantearen gainazalaren aldaketa
Mo, Ti, W eta Cr bezalako elementu aktiboak indartze-fasearen gainazaleko geruzan jartzeak diamantearen gainazaleko ezaugarriak hobetu ditzake, eta horrela, haren eroankortasun termikoa hobetu. Sinterizazioak goiko elementuak diamante-hautsaren gainazaleko karbonoarekin erreakzionatzea ahalbidetzen du karburo trantsizio-geruza bat osatzeko. Horrek diamantearen eta metal-oinarriaren arteko bustitze-egoera optimizatzen du, eta estaldurak diamantearen egitura tenperatura altuetan aldatzea eragotzi dezake.
(2) Kobrezko matrizearen aleazioa
Materialen konposite prozesamendua egin aurretik, aurre-aleazio tratamendua egiten zaio kobre metalikoari, eta horrek eroankortasun termiko handiko material konposatuak sor ditzake. Kobre matrizean elementu aktiboak dopatzeak ez du diamantearen eta kobrearen arteko bustitze angelua eraginkortasunez murrizten bakarrik, baita erreakzioaren ondoren diamantearen/Cu interfazean kobre matrizean solidoki disolbagarria den karburo geruza bat sortzen ere. Horrela, materialaren interfazean dauden hutsune gehienak aldatu eta betetzen dira, eroankortasun termikoa hobetuz.
04 Ondorioa
Ohiko ontziratze-materialek ez dute nahikoa gaitasun txip aurreratuetatik datorren beroa kudeatzeko. Dia/Cu konpositeek, CTE sintonizagarria eta eroankortasun termiko ultra-altua dutenek, irtenbide eraldatzailea dira hurrengo belaunaldiko elektronikarako.
Industria eta merkataritza integratzen dituen goi-teknologiako enpresa gisa, XKH diamante/kobre konpositeen eta errendimendu handiko metal matrizeko konpositeen ikerketan, garapenean eta ekoizpenean zentratzen da, hala nola SiC/Al eta Gr/Cu, 900W/(m·K) baino gehiagoko eroankortasun termikoa duten kudeaketa termikoko irtenbide berritzaileak eskainiz ontzi elektronikoen, potentzia moduluen eta aeroespazialen arloetarako.
XKH'Diamantezko kobrezko estaldura laminatuzko material konposatua:
Argitaratze data: 2025eko maiatzaren 12a