1980 के दशक से, इलेक्ट्रॉनिक परिपथों की एकीकरण घनत्व में प्रति वर्ष 1.5 गुना या उससे अधिक की दर से वृद्धि हो रही है। उच्च एकीकरण से परिचालन के दौरान अधिक धारा घनत्व और ऊष्मा उत्पादन होता है।यदि इस ऊष्मा का कुशलतापूर्वक अपव्यय नहीं किया जाता है, तो यह थर्मल विफलता का कारण बन सकती है और इलेक्ट्रॉनिक घटकों के जीवनकाल को कम कर सकती है।
बढ़ती थर्मल मैनेजमेंट मांगों को पूरा करने के लिए, बेहतर थर्मल चालकता वाले उन्नत इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सामग्रियों पर व्यापक रूप से शोध और अनुकूलन किया जा रहा है।
हीरा/तांबा मिश्रित सामग्री
01 हीरा और तांबा
परंपरागत पैकेजिंग सामग्रियों में सिरेमिक, प्लास्टिक, धातुएँ और उनके मिश्रधातु शामिल हैं। BeO और AlN जैसे सिरेमिक अर्धचालकों के समान CTE, अच्छी रासायनिक स्थिरता और मध्यम तापीय चालकता प्रदर्शित करते हैं। हालाँकि, इनकी जटिल प्रक्रिया, उच्च लागत (विशेष रूप से विषैला BeO) और भंगुरता इनके अनुप्रयोगों को सीमित करती हैं। प्लास्टिक पैकेजिंग कम लागत, हल्का वजन और इन्सुलेशन प्रदान करती है, लेकिन इसकी तापीय चालकता कम होती है और यह उच्च तापमान पर अस्थिर होती है। शुद्ध धातुओं (Cu, Ag, Al) की तापीय चालकता उच्च होती है, लेकिन CTE अत्यधिक होती है, जबकि मिश्रधातुओं (Cu-W, Cu-Mo) में तापीय प्रदर्शन में कमी होती है। अतः, उच्च तापीय चालकता और इष्टतम CTE के बीच संतुलन बनाने वाली नई 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 |
| बी₄सी कण | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| बोरॉन फाइबर | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC कण | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ कण | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC व्हिस्कर्स | 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 |
डायमंडसबसे कठोर ज्ञात प्राकृतिक पदार्थ (मोह्स 10) होने के साथ-साथ, इसमें असाधारण गुण भी होते हैं।तापीय चालकता (200–2200 W/(m·K)).
हीरा सूक्ष्म-पाउडर
ताँबा, साथ उच्च तापीय/विद्युत चालकता (401 W/(m·K))इसकी लचीलता और लागत-दक्षता के कारण, इसका व्यापक रूप से आईसी में उपयोग किया जाता है।
इन गुणों को मिलाकर,हीरा/तांबा (Dia/Cu) मिश्रितकॉपर को मैट्रिक्स और डायमंड को सुदृढ़ीकरण के रूप में उपयोग करके बनाई गई ये सामग्रियां अगली पीढ़ी की थर्मल प्रबंधन सामग्री के रूप में उभर रही 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, डिस्चार्ज प्लाज्मा सिंटरिंग विधि, कोल्ड स्प्रेइंग विधि, आदि।
एकल कण आकार वाले हीरे/तांबे के मिश्रित पदार्थों की विभिन्न तैयारी विधियों, प्रक्रियाओं और गुणों की तुलना
| पैरामीटर | पाउडर धातुकर्म | वैक्यूम हॉट-प्रेसिंग | स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग (एसपीएस) | उच्च दाब उच्च तापमान (HPHT) | कोल्ड स्प्रे जमाव | पिघल घुसपैठ |
| हीरा प्रकार | एमबीडी8 | एचएफडी-डी | एमबीडी8 | एमबीडी4 | पीडीए | एमबीडी8/एचएचडी |
| मैट्रिक्स | 99.8% Cu पाउडर | 99.9% इलेक्ट्रोलाइटिक Cu पाउडर | 99.9% Cu पाउडर | मिश्रधातु/शुद्ध तांबा पाउडर | शुद्ध Cu पाउडर | शुद्ध तांबा थोक/छड़ |
| इंटरफ़ेस संशोधन | – | – | – | बी, टीआई, एसआई, सीआर, जेडआर, डब्ल्यू, मो | – | – |
| कण का 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
हीरे/तांबे के मिश्रित पाउडर को संकुचित और सिंटर किया जाता है। यह विधि लागत प्रभावी और सरल होने के बावजूद, सीमित घनत्व, असमान सूक्ष्म संरचना और सीमित नमूना आयाम प्रदान करती है।
Sप्रवेश इकाई
(1)उच्च दाब उच्च तापमान (HPHT)
बहु-एनविल प्रेस का उपयोग करके, पिघला हुआ तांबा अत्यधिक कठिन परिस्थितियों में हीरे की जाली में प्रवेश करता है, जिससे सघन कंपोजिट बनते हैं। हालांकि, एचपीएचटी के लिए महंगे सांचों की आवश्यकता होती है और यह बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं है।
Cयूबिक प्रेस
(1)पिघल घुसपैठ
पिघला हुआ तांबा दाब-सहायता प्राप्त या केशिका-चालित अंतर्प्रवेश के माध्यम से हीरे के पूर्वरूपों में प्रवेश करता है। परिणामस्वरूप प्राप्त कंपोजिट 446 W/(m·K) से अधिक ऊष्मीय चालकता प्राप्त करते हैं।
(2)स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग (एसपीएस)
स्पंदित धारा दबाव में मिश्रित पाउडर को तेजी से सिंटर करती है। हालांकि यह कुशल है, लेकिन 65 वॉल्यूम% से अधिक हीरे की मात्रा पर एसपीएस का प्रदर्शन खराब हो जाता है।
डिस्चार्ज प्लाज्मा सिंटरिंग प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख
(5) कोल्ड स्प्रे जमाव
पाउडर को त्वरित गति देकर सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है। यह नई विधि सतह की गुणवत्ता नियंत्रण और तापीय प्रदर्शन सत्यापन में चुनौतियों का सामना कर रही है।
03 इंटरफ़ेस संशोधन
मिश्रित सामग्रियों के निर्माण के लिए, घटकों के बीच पारस्परिक गीलापन मिश्रित प्रक्रिया के लिए एक आवश्यक शर्त है और इंटरफ़ेस संरचना और इंटरफ़ेस बॉन्डिंग स्थिति को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। हीरे और तांबे के बीच इंटरफ़ेस पर गीलापन न होने की स्थिति से इंटरफ़ेस का तापीय प्रतिरोध बहुत अधिक हो जाता है। इसलिए, विभिन्न तकनीकी माध्यमों से इन दोनों के बीच इंटरफ़ेस में संशोधन संबंधी अनुसंधान करना अत्यंत महत्वपूर्ण है। वर्तमान में, हीरे और तांबे के मैट्रिक्स के बीच इंटरफ़ेस की समस्या को सुधारने के मुख्य रूप से दो तरीके हैं: (1) हीरे का सतह संशोधन उपचार; (2) तांबे के मैट्रिक्स का मिश्रधातुकरण उपचार।
संशोधन का योजनाबद्ध आरेख: (a) हीरे की सतह पर सीधी चढ़ाहट; (b) मैट्रिक्स मिश्रधातु
(1) हीरे का सतही संशोधन
सुदृढ़ीकरण परत की सतह पर Mo, Ti, W और Cr जैसे सक्रिय तत्वों की परत चढ़ाने से हीरे के अंतराच्छिक गुणों में सुधार होता है, जिससे इसकी तापीय चालकता बढ़ जाती है। सिंटरिंग प्रक्रिया से ये तत्व हीरे के पाउडर की सतह पर मौजूद कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बाइड संक्रमण परत बनाते हैं। इससे हीरे और धातु के आधार के बीच गीलापन की स्थिति बेहतर होती है और यह परत उच्च तापमान पर हीरे की संरचना में परिवर्तन को रोकती है।
(2) तांबे के मैट्रिक्स का मिश्रण
सामग्रियों के मिश्रित प्रसंस्करण से पहले, धात्विक तांबे पर पूर्व-मिश्रण उपचार किया जाता है, जिससे आमतौर पर उच्च तापीय चालकता वाले मिश्रित पदार्थ प्राप्त होते हैं। तांबे के मैट्रिक्स में सक्रिय तत्वों की डोपिंग से न केवल हीरे और तांबे के बीच वेटिंग एंगल प्रभावी रूप से कम होता है, बल्कि अभिक्रिया के बाद हीरे/तांबे के इंटरफ़ेस पर तांबे के मैट्रिक्स में घुलनशील कार्बाइड की एक परत भी बनती है। इस प्रकार, पदार्थ के इंटरफ़ेस पर मौजूद अधिकांश अंतराल भर जाते हैं, जिससे तापीय चालकता में सुधार होता है।
04 निष्कर्ष
आधुनिक चिप्स से निकलने वाली ऊष्मा को नियंत्रित करने में पारंपरिक पैकेजिंग सामग्री अपर्याप्त साबित होती है। समायोज्य CTE और अति उच्च तापीय चालकता वाले Dia/Cu कंपोजिट, अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक क्रांतिकारी समाधान प्रस्तुत करते हैं।
उद्योग और व्यापार को एकीकृत करने वाले एक उच्च-तकनीकी उद्यम के रूप में, XKH हीरा/तांबा कंपोजिट और उच्च-प्रदर्शन धातु मैट्रिक्स कंपोजिट जैसे SiC/Al और Gr/Cu 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 तापीय प्रबंधन समाधान प्रदान करता है।
एक्सकेएच'डायमंड कॉपर क्लैड लैमिनेट कंपोजिट सामग्री:
पोस्ट करने का समय: 12 मई 2025