1980 के दशक से, इलेक्ट्रॉनिक परिपथों का एकीकरण घनत्व 1.5 गुना या उससे भी ज़्यादा की वार्षिक दर से बढ़ रहा है। उच्च एकीकरण के कारण संचालन के दौरान धारा घनत्व और ऊष्मा उत्पादन अधिक होता है।यदि इस ऊष्मा का कुशलतापूर्वक निपटान नहीं किया गया तो यह तापीय विफलता का कारण बन सकती है तथा इलेक्ट्रॉनिक घटकों का जीवनकाल कम कर सकती है।
बढ़ती हुई तापीय प्रबंधन मांगों को पूरा करने के लिए, बेहतर तापीय चालकता वाली उन्नत इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सामग्रियों पर व्यापक रूप से शोध और अनुकूलन किया जा रहा है।
हीरा/तांबा मिश्रित सामग्री
01 हीरा और तांबा
पारंपरिक पैकेजिंग सामग्रियों में सिरेमिक, प्लास्टिक, धातुएँ और उनकी मिश्रधातुएँ शामिल हैं। BeO और AlN जैसी सिरेमिक वस्तुएँ अर्धचालकों के समान CTE, अच्छी रासायनिक स्थिरता और मध्यम तापीय चालकता प्रदर्शित करती हैं। हालाँकि, इनका जटिल प्रसंस्करण, उच्च लागत (विशेषकर विषैला BeO), और भंगुरता इनके अनुप्रयोगों को सीमित करती है। प्लास्टिक पैकेजिंग कम लागत, हल्के वजन और इन्सुलेशन प्रदान करती है, लेकिन कम तापीय चालकता और उच्च तापमान अस्थिरता से ग्रस्त होती है। शुद्ध धातुओं (Cu, Ag, Al) में उच्च तापीय चालकता होती है, लेकिन CTE अत्यधिक होती है, जबकि मिश्रधातुएँ (Cu-W, Cu-Mo) तापीय प्रदर्शन को प्रभावित करती हैं। इसलिए, उच्च तापीय चालकता और इष्टतम CTE को संतुलित करने वाली नवीन पैकेजिंग सामग्रियों की तत्काल आवश्यकता है।
| सुदृढीकरण | तापीय चालकता (W/(m·K)) | सीटीई (×10⁻⁶/℃) | घनत्व (ग्राम/सेमी³) |
| डायमंड | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| BeO कण | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN कण | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC कण | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C कण | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| बोरोन फाइबर | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC कण | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ कण | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC मूंछें | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ कण | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ कण | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ कण | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
डायमंड, सबसे कठोर ज्ञात प्राकृतिक सामग्री (मोह्स 10), भी असाधारण गुण रखती हैतापीय चालकता (200–2200 W/(m·K)).
डायमंड माइक्रो-पाउडर
ताँबा, साथ उच्च तापीय/विद्युत चालकता (401 W/(m·K))लचीलापन, और लागत दक्षता, आईसी में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
इन गुणों को मिलाकर,हीरा/तांबा (Dia/Cu) मिश्रित-जिसमें मैट्रिक्स के रूप में Cu और सुदृढीकरण के रूप में हीरा है - अगली पीढ़ी के तापीय प्रबंधन सामग्री के रूप में उभर रहे हैं।
02 प्रमुख निर्माण विधियाँ
हीरा/तांबा तैयार करने की सामान्य विधियों में शामिल हैं: पाउडर धातु विज्ञान, उच्च तापमान और उच्च दबाव विधि, पिघल विसर्जन विधि, निर्वहन प्लाज्मा सिंटरिंग विधि, ठंडा छिड़काव विधि, आदि।
एकल-कण आकार वाले हीरे/तांबे के मिश्रणों की विभिन्न तैयारी विधियों, प्रक्रियाओं और गुणों की तुलना
| पैरामीटर | पाउडर धातुकर्म | वैक्यूम हॉट-प्रेसिंग | स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग (एसपीएस) | उच्च-दाब उच्च-तापमान (एचपीएचटी) | कोल्ड स्प्रे जमाव | पिघल घुसपैठ |
| हीरे का प्रकार | एमबीडी8 | एचएफडी-डी | एमबीडी8 | एमबीडी4 | पीडीए | एमबीडी8/एचएचडी |
| मैट्रिक्स | 99.8% Cu पाउडर | 99.9% इलेक्ट्रोलाइटिक Cu पाउडर | 99.9% Cu पाउडर | मिश्र धातु/शुद्ध Cu पाउडर | शुद्ध Cu पाउडर | शुद्ध Cu बल्क/रॉड |
| इंटरफ़ेस संशोधन | – | – | – | बी, टीआई, सि, सीआर, जेडआर, डब्ल्यू, मो | – | – |
| कण आकार (μm) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| वॉल्यूम फ़्रैक्शन (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| तापमान (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| दबाव (एमपीए) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| समय (मिनट) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| सापेक्ष घनत्व (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| प्रदर्शन | ||||||
| इष्टतम तापीय चालकता (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
सामान्य Dia/Cu मिश्रित तकनीकों में शामिल हैं:
(1)पाउडर धातुकर्म
मिश्रित हीरा/Cu पाउडर को सघन और सिंटर किया जाता है। यद्यपि यह विधि लागत-प्रभावी और सरल है, फिर भी इससे सीमित घनत्व, असमान सूक्ष्म संरचनाएँ और सीमित नमूना आयाम प्राप्त होते हैं।
Sइंटरिंग इकाई
(1)उच्च-दाब उच्च-तापमान (एचपीएचटी)
बहु-निहाई प्रेस का उपयोग करके, पिघला हुआ Cu, विषम परिस्थितियों में हीरे की जाली में रिसकर सघन यौगिक बनाता है। हालाँकि, HPHT के लिए महंगे साँचों की आवश्यकता होती है और यह बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अनुपयुक्त है।
Cयूबिक प्रेस
(1)पिघल घुसपैठ
पिघला हुआ Cu दाब-सहायता या केशिका-चालित अंतःस्यंदन के माध्यम से हीरे के प्रीफॉर्म में प्रवेश करता है। परिणामी कंपोजिट >446 W/(m·K) तापीय चालकता प्राप्त करते हैं।
(2)स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग (एसपीएस)
स्पंदित धारा, दबाव में मिश्रित चूर्णों को तेज़ी से सिंटर करती है। हालांकि यह कुशल है, लेकिन 65% से ज़्यादा आयतन वाले हीरे के अंशों पर SPS का प्रदर्शन कम हो जाता है।
डिस्चार्ज प्लाज्मा सिंटरिंग प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख
(5) कोल्ड स्प्रे डिपोजिशन
पाउडर को त्वरित करके सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है। इस नई विधि को सतही परिष्करण नियंत्रण और तापीय प्रदर्शन सत्यापन में चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।
03 इंटरफ़ेस संशोधन
मिश्रित सामग्रियों के निर्माण के लिए, घटकों के बीच पारस्परिक आर्द्रीकरण, मिश्रित प्रक्रिया के लिए एक आवश्यक पूर्वापेक्षा है और इंटरफ़ेस संरचना एवं इंटरफ़ेस आबंधन अवस्था को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। हीरे और तांबे के बीच इंटरफ़ेस पर गैर-आर्द्रीकरण स्थिति के कारण इंटरफ़ेस का तापीय प्रतिरोध बहुत अधिक होता है। इसलिए, विभिन्न तकनीकी साधनों के माध्यम से दोनों के बीच इंटरफ़ेस पर संशोधन अनुसंधान करना अत्यंत महत्वपूर्ण है। वर्तमान में, हीरे और तांबे के मैट्रिक्स के बीच इंटरफ़ेस समस्या को सुधारने के लिए मुख्यतः दो विधियाँ हैं: (1) हीरे का सतही संशोधन उपचार; (2) तांबे के मैट्रिक्स का मिश्रधातु उपचार।
संशोधन योजनाबद्ध आरेख: (क) हीरे की सतह पर प्रत्यक्ष चढ़ाना; (ख) मैट्रिक्स मिश्रधातु
(1) हीरे का सतही संशोधन
प्रबलन चरण की सतह परत पर Mo, Ti, W और Cr जैसे सक्रिय तत्वों का लेपन हीरे की अंतरापृष्ठीय विशेषताओं में सुधार ला सकता है, जिससे इसकी तापीय चालकता बढ़ जाती है। सिंटरिंग द्वारा उपरोक्त तत्व हीरे के चूर्ण की सतह पर कार्बन के साथ अभिक्रिया करके कार्बाइड संक्रमण परत बना सकते हैं। इससे हीरे और धातु आधार के बीच आर्द्रीकरण अवस्था का अनुकूलन होता है, और लेपन उच्च तापमान पर हीरे की संरचना में परिवर्तन को रोक सकता है।
(2) तांबे के मैट्रिक्स का मिश्र धातुकरण
पदार्थों के मिश्रित प्रसंस्करण से पहले, धात्विक तांबे पर पूर्व-मिश्रधातु उपचार किया जाता है, जिससे सामान्यतः उच्च तापीय चालकता वाले मिश्रित पदार्थ प्राप्त किए जा सकते हैं। तांबे के मैट्रिक्स में सक्रिय तत्वों का अपमिश्रण न केवल हीरे और तांबे के बीच के आर्द्रीकरण कोण को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है, बल्कि अभिक्रिया के बाद हीरे/Cu अंतरापृष्ठ पर तांबे के मैट्रिक्स में ठोस रूप से घुलनशील कार्बाइड परत भी उत्पन्न कर सकता है। इस प्रकार, पदार्थ के अंतरापृष्ठ पर मौजूद अधिकांश अंतरालों को संशोधित और भर दिया जाता है, जिससे तापीय चालकता में सुधार होता है।
04 निष्कर्ष
पारंपरिक पैकेजिंग सामग्रियाँ उन्नत चिप्स से निकलने वाली गर्मी को नियंत्रित करने में कमज़ोर पड़ जाती हैं। ट्यूनेबल सीटीई और अति-उच्च तापीय चालकता वाले डाया/सीयू कंपोजिट, अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक परिवर्तनकारी समाधान प्रस्तुत करते हैं।
उद्योग और व्यापार को एकीकृत करने वाले एक उच्च तकनीक उद्यम के रूप में, XKH हीरा/तांबा कंपोजिट और SiC/Al और Gr/Cu जैसे उच्च प्रदर्शन धातु मैट्रिक्स कंपोजिट के अनुसंधान और विकास और उत्पादन पर ध्यान केंद्रित करता है, जो इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग, पावर मॉड्यूल और एयरोस्पेस के क्षेत्रों के लिए 900W/(m·K) से अधिक की तापीय चालकता के साथ अभिनव थर्मल प्रबंधन समाधान प्रदान करता है।
एक्सकेएच'डायमंड कॉपर क्लैड लैमिनेट मिश्रित सामग्री:
पोस्ट करने का समय: मई-12-2025