1980 के दशक से इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का एकीकरण घनत्व 1.5 गुना या उससे अधिक की वार्षिक दर से बढ़ रहा है। उच्च एकीकरण से संचालन के दौरान अधिक धारा घनत्व और ऊष्मा उत्पादन 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 सामग्री में सिरेमिक, प्लास्टिक, धातु और उनके मिश्र धातु शामिल हैं। BeO और AlN जैसे सिरेमिक सेमीकंडक्टर से मेल खाते CTEs, अच्छी रासायनिक स्थिरता और मध्यम तापीय चालकता प्रदर्शित करते हैं। हालाँकि, उनकी जटिल प्रसंस्करण, उच्च लागत (विशेष रूप से विषाक्त BeO), और भंगुरता अनुप्रयोगों को सीमित करती है। प्लास्टिक पैकेजिंग कम लागत, हल्के वजन और इन्सुलेशन प्रदान करती है, लेकिन खराब तापीय चालकता और उच्च तापमान अस्थिरता से ग्रस्त है। शुद्ध धातुओं (Cu, Ag, Al) में उच्च तापीय चालकता होती है, लेकिन अत्यधिक CTE होती है, जबकि मिश्र धातु (Cu-W, Cu-Mo) तापीय प्रदर्शन से समझौता करती हैं। इस प्रकार, उच्च तापीय चालकता और इष्टतम CTE को संतुलित करने वाली नवीन पैकेजिंग सामग्री 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, व्यापक रूप से आईसी में उपयोग किया जाता है।
इन गुणों को मिलाकर,हीरा/तांबा (Dia/Cu) मिश्रित-जिसमें मैट्रिक्स के रूप में तांबा और सुदृढ़ीकरण के रूप में हीरा है-अगली पीढ़ी के तापीय प्रबंधन पदार्थों के रूप में उभर रहे हैं।
02 प्रमुख निर्माण विधियाँ
हीरा/तांबा तैयार करने की सामान्य विधियों में शामिल हैं: पाउडर धातुकर्म, उच्च तापमान और उच्च दबाव विधि, पिघल विसर्जन विधि, डिस्चार्ज 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 दबाव उच्च तापमान (एचपीएचटी) | कोल्ड स्प्रे डिपोजिशन | 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 (डिग्री सेल्सियस) | 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 करके सिंटर किया जाता है। लागत प्रभावी और सरल होने के बावजूद, यह विधि सीमित घनत्व, विषम सूक्ष्म संरचना और सीमित नमूना आयाम प्रदान करती है।
Sइंटरिंग यूनिट
(1)उच्च दबाव उच्च तापमान (एचपीएचटी)
मल्टी-एनविल प्रेस का उपयोग करते हुए, पिघला हुआ Cu चरम स्थितियों में हीरे की जाली में घुस जाता है, जिससे सघन कंपोजिट बनते हैं। हालाँकि, HPHT के लिए महंगे सांचों की आवश्यकता होती है और यह बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अनुपयुक्त है।
Cयूबिक प्रेस
(1)पिघल घुसपैठ
पिघला हुआ Cu दबाव-सहायता या केशिका-चालित घुसपैठ 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 पाउडर को तेजी से सिंटर करती है। हालांकि कुशल, एसपीएस प्रदर्शन हीरे के अंशों पर कम हो जाता है >65 वॉल्यूम%।
डिस्चार्ज प्लाज़्मा सिंटरिंग प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख
(5) कोल्ड स्प्रे डिपोजिशन
पाउडर को त्वरित किया जाता है और सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है। इस नवजात विधि को सतह खत्म नियंत्रण और थर्मल प्रदर्शन सत्यापन में चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।
03 इंटरफ़ेस संशोधन
मिश्रित सामग्री की तैयारी के लिए, घटकों के बीच आपसी 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 Cu के बीच इंटरफेस पर गैर-गीलापन की स्थिति बहुत अधिक इंटरफ़ेस थर्मल प्रतिरोध की ओर ले जाती है। इसलिए, विभिन्न तकनीकी साधनों के माध्यम से दोनों के बीच इंटरफेस पर संशोधन अनुसंधान करना बहुत महत्वपूर्ण है। वर्तमान में, हीरे और Cu मैट्रिक्स के बीच इंटरफेस समस्या को सुधारने के लिए मुख्य रूप से दो तरीके हैं: (1) हीरे का सतह संशोधन उपचार; (2) तांबे मैट्रिक्स का मिश्र धातु उपचार।
संशोधन योजनाबद्ध आरेख: (ए) हीरे की सतह पर प्रत्यक्ष चढ़ाना; (बी) मैट्रिक्स मिश्र धातु
(1) हीरे का सतही संशोधन
प्रबलित चरण की सतह परत पर Mo, Ti, W और Cr जैसे सक्रिय तत्वों की परत चढ़ाने से हीरे की अंतरापृष्ठीय विशेषताओं में सुधार हो सकता है, जिससे इसकी तापीय चालकता बढ़ सकती है। सिंटरिंग उपरोक्त तत्वों को हीरे के पाउडर की सतह पर कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम बना सकता है ताकि कार्बाइड संक्रमण परत बन सके। यह हीरे और धातु आधार के बीच गीलापन की स्थिति को अनुकूलित करता है, और कोटिंग हीरे की संरचना को उच्च तापमान पर बदलने से रोक सकती है।
(2) तांबे मैट्रिक्स का मिश्र धातुकरण
सामग्रियों के मिश्रित प्रसंस्करण से पहले, धातु तांबे पर पूर्व-मिश्र धातु उपचार किया जाता है, जो आम तौर पर उच्च तापीय चालकता वाले मिश्रित पदार्थों का उत्पादन कर सकता है। तांबे के मैट्रिक्स में सक्रिय तत्वों को डोप करने से न केवल हीरे और तांबे के बीच गीलापन कोण को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है, बल्कि प्रतिक्रिया के बाद हीरे / Cu इंटरफ़ेस पर तांबे के मैट्रिक्स में ठोस घुलनशील कार्बाइड परत भी उत्पन्न होती है। इस तरह, सामग्री इंटरफ़ेस पर मौजूद अधिकांश अंतराल संशोधित और भरे जाते हैं, जिससे तापीय चालकता में सुधार होता है।
04 निष्कर्ष
पारंपरिक पैकेजिंग सामग्री उन्नत चिप्स से निकलने वाली गर्मी को प्रबंधित करने में विफल रहती है। ट्यूनेबल सीटीई और अल्ट्राहाई थर्मल कंडक्टिविटी के साथ डाया/सीयू कंपोजिट, अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक परिवर्तनकारी समाधान का प्रतिनिधित्व करते हैं।
उद्योग और व्यापार को एकीकृत करने वाले एक उच्च तकनीक 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 थर्मल प्रबंधन समाधान प्रदान करता है।
एक्सकेएच'एस डायमंड कॉपर क्लैड लैमिनेट मिश्रित सामग्री:
पोस्ट करने का समय: मई-12-2025