1980 ගණන්වල සිට, ඉලෙක්ට්‍රොනික පරිපථවල ඒකාබද්ධ ඝනත්වය වාර්ෂිකව 1.5× හෝ ඊට වඩා වැඩි වෙමින් පවතී. වැඩි ඒකාබද්ධතාවයක් හේතුවෙන් ක්‍රියාත්මක වන විට වැඩි ධාරා ඝනත්වයක් සහ තාප ජනනයක් ඇති වේ.කාර්යක්ෂමව විසුරුවා හැරියේ නැත්නම්, මෙම තාපය තාප බිඳවැටීමට හේතු විය හැකි අතර ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගවල ආයු කාලය අඩු කරයි.
වැඩිවන තාප කළමනාකරණ ඉල්ලීම් සපුරාලීම සඳහා, උසස් තාප සන්නායකතාවක් සහිත උසස් ඉලෙක්ට්‍රොනික ඇසුරුම් ද්‍රව්‍ය පුළුල් ලෙස පර්යේෂණ කර ප්‍රශස්තිකරණය කරනු ලැබේ.
දියමන්ති/තඹ සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය
01 දියමන්ති සහ තඹ
සාම්ප්‍රදායික ඇසුරුම් ද්‍රව්‍ය අතර සෙරමික්, ප්ලාස්ටික්, ලෝහ සහ ඒවායේ මිශ්‍ර ලෝහ ඇතුළත් වේ. BeO සහ AlN වැනි පිඟන් මැටි අර්ධ සන්නායකවලට ගැලපෙන CTE, හොඳ රසායනික ස්ථායිතාව සහ මධ්‍යස්ථ තාප සන්නායකතාවය පෙන්නුම් කරයි. කෙසේ වෙතත්, ඒවායේ සංකීර්ණ සැකසුම්, අධික පිරිවැය (විශේෂයෙන් විෂ සහිත BeO) සහ බිඳෙනසුලු බව යෙදුම් සීමා කරයි. ප්ලාස්ටික් ඇසුරුම්කරණය අඩු පිරිවැය, සැහැල්ලු බර සහ පරිවරණය ලබා දෙන නමුත් දුර්වල තාප සන්නායකතාවය සහ ඉහළ උෂ්ණත්ව අස්ථාවරත්වයෙන් පීඩා විඳිති. පිරිසිදු ලෝහ (Cu, Ag, Al) ඉහළ තාප සන්නායකතාවක් ඇති නමුත් අධික CTE ඇති අතර, මිශ්‍ර ලෝහ (Cu-W, Cu-Mo) තාප ක්‍රියාකාරිත්වය අඩාල කරයි. මේ අනුව, ඉහළ තාප සන්නායකතාවය සහ ප්‍රශස්ත CTE සමතුලිත කරන නව ඇසුරුම් ද්‍රව්‍ය හදිසි අවශ්‍ය වේ.
| ශක්තිමත් කිරීම | තාප සන්නායකතාවය (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | ඝනත්වය (g/cm³) |
| දියමන්ති | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 යි |
| BeO අංශු | 300 යි | 4.1 ශ්‍රේණිය | 3.01 3.01 ශ්‍රේණිය |
| AlN අංශු | 150–250 | 2.69 මාත්‍රාව | 3.26 යි |
| SiC අංශු | 80–200 | 4.0 ශ්‍රේණිය | 3.21 |
| B₄C අංශු | 29–67 | 4.4 ශ්‍රේණිය | 2.52 යි |
| බෝරෝන් තන්තු | 40 | ~5.0 | 2.6 යි |
| TiC අංශු | 40 | 7.4 ශ්‍රේණිය | 4.92 යි |
| Al₂O₃ අංශු | 20-40 | 4.4 ශ්‍රේණිය | 3.98 යි |
| SiC උඩු රැවුල | 32 | 3.4. | – |
| Si₃N₄ අංශු | 28 | 1.44 ශ්‍රේණිය | 3.18 ට |
| TiB₂ අංශු | 25 | 4.6 ශ්‍රේණිය | 4.5 |
| SiO₂ අංශු | 1.4 ශ්‍රේණිය | <1.0 | 2.65 ට වැඩි |
දියමන්තිදන්නා අමාරුම ස්වාභාවික ද්‍රව්‍යය (මොහ්ස් 10), ද සුවිශේෂීතාප සන්නායකතාවය (200–2200 W/(m·K)).
දියමන්ති ක්ෂුද්‍ර කුඩු
තඹ, සමඟ ඉහළ තාප/විද්‍යුත් සන්නායකතාවය (401 W/(m·K)), ductility සහ පිරිවැය කාර්යක්ෂමතාව, IC වල බහුලව භාවිතා වේ.
මෙම ගුණාංග ඒකාබද්ධ කරමින්,දියමන්ති/තඹ (Dia/Cu) සංයුක්ත—Cu අනුකෘතිය ලෙසත් දියමන්ති ශක්තිමත් කිරීම ලෙසත් — ඊළඟ පරම්පරාවේ තාප කළමනාකරණ ද්‍රව්‍ය ලෙස මතුවෙමින් තිබේ.
02 ප්‍රධාන පිරිසැකසුම් ක්‍රම
දියමන්ති/තඹ සකස් කිරීම සඳහා පොදු ක්‍රම අතරට: කුඩු ලෝහ විද්‍යාව, අධි-උෂ්ණත්ව සහ අධි පීඩන ක්‍රමය, දියවන ගිල්වීමේ ක්‍රමය, විසර්ජන ප්ලාස්මා සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රමය, සීතල ඉසීමේ ක්‍රමය යනාදිය ඇතුළත් වේ.
තනි අංශු ප්‍රමාණයේ දියමන්ති/තඹ සංයුක්ත ද්‍රව්‍යවල විවිධ සකස් කිරීමේ ක්‍රම, ක්‍රියාවලීන් සහ ගුණාංග සංසන්දනය කිරීම.
| පරාමිතිය | කුඩු ලෝහ විද්‍යාව | රික්ත උණුසුම් පීඩනය | ස්පාර්ක් ප්ලාස්මා සින්ටර් කිරීම (SPS) | අධි පීඩන අධි උෂ්ණත්වය (HPHT) | සීතල ඉසින තැන්පත් වීම | දියවීම |
| දියමන්ති වර්ගය | MBD8 යනු කුමක්ද? | එච්එෆ්ඩී-ඩී | MBD8 යනු කුමක්ද? | MBD4 ශ්‍රේණිය | පීඩීඒ | MBD8/HHD ශ්‍රව්‍ය |
| අනුකෘතිය | 99.8% Cu කුඩු | 99.9% විද්‍යුත් විච්ඡේදක Cu කුඩු | 99.9% Cu කුඩු | මිශ්‍ර ලෝහය/පිරිසිදු Cu කුඩු | පිරිසිදු Cu කුඩු | පිරිසිදු Cu තොගය/දණ්ඩ |
| අතුරුමුහුණත වෙනස් කිරීම | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| අංශු ප්‍රමාණය (μm) | 100 යි | 106–125 | 100–400 | 20-200 | 35-200 | 50–400 |
| පරිමාව භාගය (%) | 20-60 | 40-60 | 35-60 | 60-90 | 20-40 | 60-65 |
| උෂ්ණත්වය (°C) | 900 යි | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 යි | 1100–1300 |
| පීඩනය (MPa) | 110 (110) | 70 | 40-50 | 8000 ක් | 3 | 1–4 |
| කාලය (මිනි) | 60 | 60–180 | 20 | 6–10 | – | 5-30 |
| සාපේක්ෂ ඝනත්වය (%) | 98.5 ශ්‍රේණිය | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| කාර්ය සාධනය | ||||||
| ප්‍රශස්ත තාප සන්නායකතාවය (W/(m·K)) | 305 යි | 536 (ස්පාඤ්ඤය) | 687 (ස්පාඤ්ඤය) | 907 ශ්‍රේණිය | – | 943 (ස්පාඤ්ඤය) |
පොදු Dia/Cu සංයුක්ත ශිල්පීය ක්‍රමවලට ඇතුළත් වන්නේ:
(1)කුඩු ලෝහ විද්‍යාව
මිශ්‍ර දියමන්ති/Cu කුඩු සංයුක්ත කර සින්ටර් කර ඇත. පිරිවැය-ඵලදායී සහ සරල වුවද, මෙම ක්‍රමය සීමිත ඝනත්වයක්, අසමමිතික ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහයන් සහ සීමිත සාම්පල මානයන් ලබා දෙයි.
Sඅන්තර් සම්බන්ධක ඒකකය
(1)අධි පීඩන අධි උෂ්ණත්වය (HPHT)
බහු-අන්විල් මුද්‍රණ යන්ත්‍ර භාවිතා කරමින්, උණු කළ Cu දියමන්ති දැලිස් ආක්‍රමණය කර ආන්තික තත්වයන් යටතේ ඝන සංයුක්ත නිපදවයි. කෙසේ වෙතත්, HPHT මිල අධික අච්චු අවශ්‍ය වන අතර මහා පරිමාණ නිෂ්පාදනය සඳහා නුසුදුසුය.
Cයූබික් මුද්‍රණාලය
(1)දියවීම
පීඩන-සහායිත හෝ කේශනාලිකා-ධාවනය කරන ලද කාන්දුව හරහා උණු කළ Cu දියමන්ති පූර්ව ආකෘති විනිවිද යයි. ප්‍රතිඵලයක් ලෙස සංයුක්ත >446 W/(m·K) තාප සන්නායකතාව ලබා ගනී.
(2)ස්පාර්ක් ප්ලාස්මා සින්ටර් කිරීම (SPS)
ස්පන්දන ධාරාව පීඩනය යටතේ මිශ්‍ර කුඩු වේගයෙන් සින්ටර් කරයි. කාර්යක්ෂම වුවද, SPS ක්‍රියාකාරිත්වය දියමන්ති භාගවලට වඩා 65 vol% කදී පිරිහෙයි.
විසර්ජන ප්ලාස්මා සින්ටර් කිරීමේ පද්ධතියේ ක්‍රමානුරූප සටහන
(5) සීතල ඉසින තැන්පත් වීම
කුඩු වේගවත් කර උපස්ථර මත තැන්පත් කරනු ලැබේ. මෙම නව ක්‍රමය මතුපිට නිමාව පාලනය සහ තාප කාර්ය සාධනය වලංගු කිරීමේදී අභියෝගවලට මුහුණ දෙයි.
03 අතුරුමුහුණත වෙනස් කිරීම
සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය සකස් කිරීම සඳහා, සංරචක අතර අන්‍යෝන්‍ය තෙත් කිරීම සංයුක්ත ක්‍රියාවලිය සඳහා අත්‍යවශ්‍ය පූර්ව අවශ්‍යතාවයක් වන අතර අතුරුමුහුණත් ව්‍යුහයට සහ අතුරුමුහුණත් බන්ධන තත්ත්වයට බලපාන වැදගත් සාධකයකි. දියමන්ති සහ Cu අතර අතුරුමුහුණතෙහි තෙත් නොවන තත්ත්වය ඉතා ඉහළ අතුරුමුහුණත් තාප ප්‍රතිරෝධයකට මග පාදයි. එබැවින්, විවිධ තාක්ෂණික ක්‍රම හරහා දෙක අතර අතුරුමුහුණත පිළිබඳ වෙනස් කිරීමේ පර්යේෂණ පැවැත්වීම ඉතා වැදගත් වේ. වර්තමානයේ, දියමන්ති සහ Cu න්‍යාසය අතර අතුරුමුහුණත් ගැටළුව වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා ප්‍රධාන වශයෙන් ක්‍රම දෙකක් තිබේ: (1) දියමන්ති මතුපිට වෙනස් කිරීමේ ප්‍රතිකාරය; (2) තඹ න්‍යාසයේ මිශ්‍ර ලෝහ ප්‍රතිකාරය.
වෙනස් කිරීමේ ක්‍රමානුරූප සටහන: (අ) දියමන්ති මතුපිට සෘජු ආලේපනය; (ආ) අනුකෘති මිශ්‍ර කිරීම
(1) දියමන්ති මතුපිට වෙනස් කිරීම
Mo, Ti, W සහ Cr වැනි ක්‍රියාකාරී මූලද්‍රව්‍ය ශක්තිමත් කිරීමේ අවධියේ මතුපිට ස්ථරය මත ආලේප කිරීමෙන් දියමන්තිවල අතුරු මුහුණත් ලක්ෂණ වැඩිදියුණු කළ හැකි අතර එමඟින් එහි තාප සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු කළ හැකිය. සින්ටර් කිරීම මගින් ඉහත මූලද්‍රව්‍ය දියමන්ති කුඩු මතුපිට ඇති කාබන් සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කර කාබයිඩ් සංක්‍රාන්ති තට්ටුවක් සෑදීමට හැකි වේ. මෙය දියමන්ති සහ ලෝහ පාදය අතර තෙත් කිරීමේ තත්ත්වය ප්‍රශස්ත කරන අතර, ආලේපනයට ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී දියමන්ති ව්‍යුහය වෙනස් වීම වළක්වා ගත හැකිය.
(2) තඹ අනුකෘතිය මිශ්‍ර කිරීම
ද්‍රව්‍ය සංයුක්ත සැකසීමට පෙර, ලෝහමය තඹ මත පූර්ව මිශ්‍ර ලෝහ ප්‍රතිකාරයක් සිදු කරනු ලබන අතර, එමඟින් සාමාන්‍යයෙන් ඉහළ තාප සන්නායකතාවක් සහිත සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය නිපදවිය හැකිය. තඹ අනුකෘතියේ ක්‍රියාකාරී මූලද්‍රව්‍ය මාත්‍රණය කිරීමෙන් දියමන්ති සහ තඹ අතර තෙත් කිරීමේ කෝණය ඵලදායී ලෙස අඩු කිරීමට පමණක් නොව, ප්‍රතික්‍රියාවෙන් පසු දියමන්ති /Cu අතුරුමුහුණතෙහි තඹ අනුකෘතියේ ඝන ද්‍රාව්‍ය කාබයිඩ් තට්ටුවක් ජනනය කළ හැකිය. මේ ආකාරයෙන්, ද්‍රව්‍ය අතුරුමුහුණතේ පවතින බොහෝ හිඩැස් වෙනස් කර පුරවනු ලබන අතර එමඟින් තාප සන්නායකතාවය වැඩි දියුණු වේ.
04 නිගමනය
සාම්ප්‍රදායික ඇසුරුම් ද්‍රව්‍ය, දියුණු චිප් වලින් ලැබෙන තාපය කළමනාකරණය කිරීමේදී දුර්වල වේ. සුසර කළ හැකි CTE සහ අතිශය ඉහළ තාප සන්නායකතාවය සහිත Dia/Cu සංයුක්ත, ඊළඟ පරම්පරාවේ ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ සඳහා පරිවර්තනීය විසඳුමක් නියෝජනය කරයි.
කර්මාන්ත හා වෙළඳාම ඒකාබද්ධ කරන අධි තාක්ෂණික ව්‍යවසායක් ලෙස, XKH දියමන්ති / තඹ සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය සහ SiC / Al සහ Gr / Cu වැනි ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත ලෝහ අනුකෘති සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය පර්යේෂණ හා සංවර්ධනය සහ නිෂ්පාදනය කෙරෙහි අවධානය යොමු කරයි, ඉලෙක්ට්‍රොනික ඇසුරුම්කරණය, බල මොඩියුල සහ අභ්‍යවකාශ ක්ෂේත්‍ර සඳහා 900W / (m · K) ට වැඩි තාප සන්නායකතාවක් සහිත නව්‍ය තාප කළමනාකරණ විසඳුම් සපයයි.
XKH හි'දියමන්ති තඹ ආලේපිත ලැමිෙන්ට් සංයුක්ත ද්‍රව්‍ය:
පළ කිරීමේ කාලය: 2025 මැයි-12