Аз солҳои 1980-ум инҷониб, зичии ҳамгироии схемаҳои электронӣ бо суръати солонаи 1,5 маротиба ё бештар аз он афзоиш меёбад. Ҳамгироии баландтар боиси зичии бештари ҷараён ва тавлиди гармӣ ҳангоми кор мегардад.Агар ин гармӣ самаранок пароканда нашавад, он метавонад боиси вайроншавии гармӣ гардад ва мӯҳлати кори ҷузъҳои электрониро кам кунад.
Барои қонеъ кардани талаботи афзояндаи идоракунии гармӣ, маводҳои пешрафтаи бастабандии электронӣ бо гузаронандагии гармии аъло ба таври васеъ таҳқиқ ва оптимизатсия карда мешаванд.
Маводи композитии алмос/мис
01 Алмос ва мис
Маводҳои анъанавии бастабандӣ сафол, пластик, металлҳо ва хӯлаҳои онҳоро дар бар мегиранд. Сафолҳо ба монанди BeO ва AlN дорои CTE-ҳои мувофиқ бо нимноқилҳо, устувории хуби химиявӣ ва гузаронандагии гармии мӯътадил мебошанд. Аммо, коркарди мураккаби онҳо, арзиши баланд (махсусан BeO-и заҳролуд) ва шикастагӣ истифодаи онҳоро маҳдуд мекунад. Бастабандии пластикӣ арзиши паст, вазни сабук ва изолятсияро пешниҳод мекунад, аммо аз гузаронандагии гармии паст ва ноустувории ҳарорати баланд азият мекашад. Металлҳои холис (Cu, Ag, Al) гузаронандагии гармии баланд доранд, аммо CTE-и аз ҳад зиёд доранд, дар ҳоле ки хӯлаҳо (Cu-W, Cu-Mo) самаранокии гармиро коҳиш медиҳанд. Ҳамин тариқ, маводҳои нави бастабандӣ, ки гузаронандагии гармии баланд ва CTE-и оптималиро мувозинат мекунанд, фавран заруранд.
| Тақвият | Ноқилияти гармӣ (Вт/(м·К)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Зичӣ (г/см³) |
| Алмос | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| Зарраҳои BeO | 300 | 4.1 | 3.01 |
| зарраҳои AlN | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| Зарраҳои SiC | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| Зарраҳои B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Нахи бор | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Зарраҳои TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Зарраҳои Al₂O₃ | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| мӯйлабҳои SiC | 32 | 3.4 | – |
| Зарраҳои Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| Зарраҳои TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| зарраҳои SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Алмос, сахттарин маводи табиии маъруф (Mohs 10), инчунин дорои хусусиятҳои истисноӣ мебошадгузаронандагии гармӣ (200–2200 Вт/(м·К)).
Микро-пораи алмосӣ
Мис, бо гузаронандагии гармӣ/барқии баланд (401 Вт/(м·К)), чандирӣ ва самаранокии хароҷот, дар микросхемаҳои микросхемавӣ ба таври васеъ истифода мешаванд.
Якҷоя кардани ин хусусиятҳо,алмос/мис (Dia/Cu) композитҳо—бо Cu ҳамчун матритса ва алмос ҳамчун тақвиятдиҳанда — ҳамчун масолеҳи идоракунии гармидиҳии насли оянда пайдо мешаванд.
02 Усулҳои асосии истеҳсолот
Усулҳои маъмули тайёр кардани алмос/мис инҳоянд: металлургияи хокагӣ, усули ҳарорати баланд ва фишори баланд, усули ғӯтонидани об, усули пухтани плазмаи разрядӣ, усули пошидани хунук ва ғайра.
Муқоисаи усулҳои гуногуни тайёркунӣ, равандҳо ва хосиятҳои композитҳои алмос/мис бо андозаи якзарра
| Параметр | Металлургияи хокагӣ | Фишори гарми вакуумӣ | Синтези плазмавии шарора (SPS) | Фишори баланд Ҳарорати баланд (HPHT) | Андохтани дорупошии хунук | Инфилтратсияи обшавӣ |
| Навъи алмос | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Матритса | 99.8% хокаи Cu | Хокаи Cu-и электролитии 99.9% | Хокаи 99.9% Cu | Хокаи Cu-и хӯлаӣ/холис | Хокаи Cu холис | Cu холис ғилоф/асбоб |
| Тағйири интерфейс | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Андозаи зарраҳо (мкм) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Ҳиссаи ҳаҷм (%) | 20–60 | 40–60 | 35–60 | 60–90 | 20–40 | 60–65 |
| Ҳарорат (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Фишор (МПа) | 110 | 70 | 40–50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Вақт (дақ) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5–30 |
| Зичии нисбӣ (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Иҷрои кор | ||||||
| Ноқилияти гармии оптималӣ (Вт/(м·К)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Усулҳои маъмули таркибии Dia/Cu иборатанд аз:
(1)Металлургияи хокагӣ
Хокаҳои омехтаи алмос/Cu фишурда ва пухта мешаванд. Гарчанде ки ин усул аз ҷиҳати хароҷот самаранок ва содда аст, зичии маҳдуд, сохторҳои ноҳамвор ва андозаҳои маҳдуди намунаро ба бор меорад.
Sвоҳиди байниҳамдигарӣ
(1)Фишори баланд Ҳарорати баланд (HPHT)
Бо истифода аз прессҳои бисёрсандалӣ, Cu гудохта дар шароити шадид ба шабакаҳои алмосӣ ворид шуда, композитҳои зичро ба вуҷуд меорад. Аммо, HPHT ба қолабҳои гаронбаҳо ниёз дорад ва барои истеҳсоли миқёси калон мувофиқ нест.
Cматбуоти убикӣ
(1)Инфилтратсияи обшавӣ
Cu гудохта тавассути инфилтратсияи бо фишор ё капиллярӣ идорашаванда ба преформаҳои алмос ворид мешавад. Композитҳои ҳосилшуда ба >446 Вт/(м·К) гузаронандагии гармӣ мерасонанд.
(2)Синтези плазмавии шарора (SPS)
Ҷараёни импулсӣ хокаҳои омехтаро таҳти фишор зуд мепазад. Гарчанде ки самаранок аст, аммо кори SPS дар фраксияҳои алмосии >65 ҳаҷм% паст мешавад.
Диаграммаи схематикии системаи синтези плазмавии разрядӣ
(5) Тахфифи пошидани хунук
Хокаҳо суръат гирифта, ба рӯи субстратҳо гузошта мешаванд. Ин усули навбунёд бо мушкилот дар назорати сатҳи рӯй ва тасдиқи самаранокии гармӣ рӯбарӯ мешавад.
03 Тағйири интерфейс
Барои тайёр кардани маводҳои композитӣ, таршавии мутақобила байни ҷузъҳо шарти зарурии раванди композитӣ ва омили муҳиме мебошад, ки ба сохтори интерфейс ва ҳолати пайванди интерфейс таъсир мерасонад. Ҳолати тар нашудан дар интерфейси байни алмос ва мис боиси муқовимати хеле баланди гармии интерфейс мегардад. Аз ин рӯ, гузаронидани таҳқиқоти тағирот дар интерфейси байни ин ду тавассути воситаҳои гуногуни техникӣ хеле муҳим аст. Дар айни замон, асосан ду усул барои беҳтар кардани мушкилоти интерфейси байни матритсаи алмос ва мис мавҷуданд: (1) Коркарди тағйирёбии сатҳи алмос; (2) Коркарди хӯлаи матритсаи мис.
Диаграммаи схемавии тағйирот: (а) Пӯшиши мустақим дар сатҳи алмос; (б) Хӯлакунии матритсавӣ
(1) Тағйири сатҳи алмос
Пӯшонидани унсурҳои фаъол ба монанди Mo, Ti, W ва Cr дар қабати рӯизаминии фазаи мустаҳкамкунанда метавонад хусусиятҳои байнисатҳии алмосро беҳтар созад ва бо ин васила гузариши гармии онро афзоиш диҳад. Синтеризатсия метавонад ба унсурҳои дар боло зикршуда имкон диҳад, ки бо карбони рӯи хокаи алмос реаксия карда, қабати гузариши карбидро ташкил диҳанд. Ин ҳолати таршавиро байни алмос ва пойгоҳи металлӣ оптимизатсия мекунад ва пӯшиш метавонад аз тағирёбии сохтори алмос дар ҳарорати баланд пешгирӣ кунад.
(2) Хӯла кардани матритсаи мис
Пеш аз коркарди композитии маводҳо, коркарди пешакии хӯлакунӣ дар миси металлӣ анҷом дода мешавад, ки метавонад маводи композитиро бо гузаронандагии гармии умуман баланд ба вуҷуд орад. Допинг кардани унсурҳои фаъол дар матритсаи мис на танҳо метавонад кунҷи таршавии байни алмос ва мисро самаранок коҳиш диҳад, балки инчунин қабати карбидро ба вуҷуд орад, ки дар матритсаи мис дар интерфейси алмос/Cu пас аз реаксия сахт ҳал мешавад. Бо ин роҳ, аксари холигоҳҳо дар интерфейси мавод тағир дода ва пур карда мешаванд, ки бо ин васила гузаронандагии гармиро беҳтар мекунад.
04 Хулоса
Маводҳои бастабандии анъанавӣ дар идоракунии гармӣ аз чипҳои пешрафта нокомӣ мекашанд. Композитҳои Dia/Cu бо CTE-и танзимшаванда ва гузаронандагии гармии ултрабаланд, як роҳи ҳалли табдилдиҳанда барои электроникаи насли оянда мебошанд.
Ҳамчун як корхонаи баландтехнологӣ, ки саноат ва тиҷоратро муттаҳид мекунад, XKH ба таҳқиқот, таҳия ва истеҳсоли композитҳои алмос/мис ва композитҳои матритсавии металлии баландсифат ба монанди SiC/Al ва Gr/Cu тамаркуз мекунад ва роҳҳои ҳалли инноватсионии идоракунии гармиро бо гузаронандагии гармии зиёда аз 900W/(m·K) барои соҳаҳои бастабандии электронӣ, модулҳои барқӣ ва аэрокосмос пешниҳод мекунад.
XXKH'Маводи композитӣ бо ламинати бо мис пӯшонидашудаи алмосӣ:
Вақти нашр: 12 майи соли 2025