1980-аад оноос хойш электрон хэлхээний интеграцийн нягтрал жил бүр 1.5 × ба түүнээс дээш хурдтай нэмэгдэж байна. Илүү өндөр интеграци нь ашиглалтын явцад илүү их гүйдлийн нягтрал, дулаан үүсэхэд хүргэдэг.Хэрэв энэ дулааныг үр ашигтайгаар тараахгүй бол дулааны эвдрэлийг үүсгэж, электрон эд ангиудын ашиглалтын хугацааг бууруулна.
Дулааны удирдлагын эрчимтэй эрэлт хэрэгцээг хангахын тулд дулаан дамжуулалт сайтай дэвшилтэт цахим савлагааны материалыг өргөнөөр судалж, оновчтой болгож байна.
Алмаз/зэсийн нийлмэл материал
01 Алмаз ба зэс
Уламжлалт сав баглаа боодлын материалд керамик, хуванцар, металл, тэдгээрийн хайлш орно. BeO ба AlN зэрэг керамикууд нь хагас дамжуулагчтай таарах CTE, химийн сайн тогтвортой байдал, дунд зэргийн дулаан дамжуулалтыг харуулдаг. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн нарийн төвөгтэй боловсруулалт, өндөр өртөг (ялангуяа хортой BeO), хэврэгшил нь хэрэглээг хязгаарладаг. Хуванцар сав баглаа боодол нь бага өртөгтэй, хөнгөн жинтэй, дулаалгатай боловч дулаан дамжуулалт муу, өндөр температурт тогтворгүй байдаг. Цэвэр металлууд (Cu, Ag, Al) өндөр дулаан дамжуулалттай боловч хэт их CTE-тэй байдаг бол хайлш (Cu-W, Cu-Mo) нь дулааны гүйцэтгэлийг бууруулдаг. Тиймээс өндөр дулаан дамжуулалт ба оновчтой CTE-ийг тэнцвэржүүлдэг шинэ сав баглаа боодлын материалыг яаралтай авах шаардлагатай байна.
| Арматур | Дулаан дамжуулалт (Вт/(м·К)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Нягт (г/см³) |
| Алмаз | 700-2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| BeO хэсгүүд | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN тоосонцор | 150-250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC тоосонцор | 80-200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C тоосонцор | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Бор эслэг | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC хэсгүүд | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ бөөмс | 20-40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC сахалтай | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ тоосонцор | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ тоосонцор | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ тоосонцор | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Алмаз, хамгийн хатуу мэдэгдэж байгаа байгалийн материал (Mohs 10) нь бас онцгой шинж чанартай байдагдулаан дамжилтын илтгэлцүүр (200–2200 Вт/(м·К)).
Алмазан бичил нунтаг
Зэс, хамт өндөр дулаан/цахилгаан дамжуулалт (401 Вт/(м·К)), уян хатан чанар, зардлын хэмнэлт зэрэг нь IC-д өргөн хэрэглэгддэг.
Эдгээр шинж чанаруудыг нэгтгэж,алмаз/зэс (Dia/Cu) нийлмэлМатриц нь Cu, арматурын хувьд алмаз нь дараагийн үеийн дулааны менежментийн материал болж гарч ирж байна.
02 Үйлдвэрлэлийн үндсэн аргууд
Алмаз/зэс бэлтгэх нийтлэг аргууд нь: нунтаг металлурги, өндөр температур ба өндөр даралтын арга, хайлмал усанд дүрэх арга, гадагшлуулах плазмыг шингэлэх арга, хүйтэн шүрших арга гэх мэт.
Нэг ширхэгийн хэмжээтэй алмаз/зэсийн нийлмэл материалыг бэлтгэх янз бүрийн арга, процесс, шинж чанарыг харьцуулах
| Параметр | Нунтаг металлурги | Вакуум халуун шахах | Spark Plasma Sintering (SPS) | Өндөр даралтын өндөр температур (HPHT) | Хүйтэн шүрших | Хайлмал нэвчилт |
| Алмазан төрөл | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Матриц | 99.8% Cu нунтаг | 99.9% электролитийн Cu нунтаг | 99.9% Cu нунтаг | Хайлш/цэвэр Cu нунтаг | Цэвэр Cu нунтаг | Цэвэр Cu задгай/саваа |
| Интерфейсийн өөрчлөлт | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Бөөмийн хэмжээ (мкм) | 100 | 106–125 | 100-400 | 20-200 | 35-200 | 50-400 |
| Эзлэхүүний хэсэг (%) | 20-60 | 40-60 | 35-60 | 60-90 | 20-40 | 60-65 |
| Температур (°C) | 900 | 800-1050 | 880–950 | 1100-1300 | 350 | 1100-1300 |
| Даралт (МПа) | 110 | 70 | 40-50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| Цаг (мин) | 60 | 60-180 | 20 | 6-10 | – | 5-30 |
| Харьцангуй нягтрал (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Гүйцэтгэл | ||||||
| Хамгийн оновчтой дулаан дамжуулалт (Вт/(м·К)) | 305 | 536 | 687 | 907 | – | 943 |
Нийтлэг Dia/Cu нийлмэл техникүүд нь:
(1)Нунтаг металлурги
Холимог алмаз/Cu нунтагыг нягтруулж, шингэлнэ. Хэдийгээр зардал багатай, энгийн боловч энэ арга нь хязгаарлагдмал нягтрал, нэг төрлийн бус бичил бүтэц, хязгаарлагдмал дээжийн хэмжээсийг өгдөг.
Sхоорондын нэгж
(1)Өндөр даралтын өндөр температур (HPHT)
Олон дөштэй шахагчийг ашиглан хайлсан Cu нь эрс тэс нөхцөлд алмаазан торонд нэвчиж, нягт нийлмэл материал үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч HPHT нь үнэтэй хэвийг шаарддаг бөгөөд том хэмжээний үйлдвэрлэлд тохиромжгүй байдаг.
Cubic хэвлэл
(1)Хайлмал нэвчилт
Хайлмал Cu нь даралтын тусламжтайгаар эсвэл хялгасан судсаар дамждаг нэвчилтээр алмаазан бэлдэцийг нэвчүүлдэг. Үүссэн нийлмэл материалууд нь >446 Вт/(м·К) дулаан дамжуулалтад хүрдэг.
(2)Spark Plasma Sintering (SPS)
Импульсийн гүйдэл даралтын дор холимог нунтагыг хурдан шингээдэг. Хэдийгээр үр дүнтэй боловч SPS-ийн гүйцэтгэл нь очир эрдэнийн фракцаас 65% -иас их хэмжээгээр буурдаг.
Цутгах плазмын шингээлтийн системийн бүдүүвч диаграм
(5) Хүйтэн шүрших
Нунтаг нь хурдасч, субстрат дээр хуримтлагддаг. Энэхүү шинээр гарч ирж буй арга нь гадаргуугийн өнгөлгөөг хянах, дулааны гүйцэтгэлийг баталгаажуулахад бэрхшээлтэй тулгардаг.
03 Интерфэйсийн өөрчлөлт
Нийлмэл материалыг бэлтгэхийн тулд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хооронд харилцан норгох нь нийлмэл процессын зайлшгүй урьдчилсан нөхцөл бөгөөд интерфейсийн бүтэц, интерфейсийн холболтын төлөвт нөлөөлдөг чухал хүчин зүйл юм. Алмаз ба Cu-ийн хоорондох интерфэйс дэх чийгшүүлэхгүй нөхцөл нь маш өндөр интерфэйсийн дулааны эсэргүүцлийг бий болгодог. Тиймээс энэ хоёрын хоорондох интерфейсийг янз бүрийн техникийн хэрэгслээр өөрчлөх судалгаа хийх нь маш чухал юм. Одоогийн байдлаар алмаз ба Cu матрицын хоорондох интерфейсийн асуудлыг сайжруулах хоёр үндсэн арга байдаг: (1) Алмазны гадаргууг өөрчлөх эмчилгээ; (2) Зэсийн матрицын хайлшийн боловсруулалт.
Өөрчлөлтийн бүдүүвч диаграм: (a) Алмазын гадаргуу дээр шууд бүрэх; (б) матрицын хайлш
(1) Алмазны гадаргуугийн өөрчлөлт
Арматурын фазын гадаргуугийн давхаргад Mo, Ti, W, Cr зэрэг идэвхтэй элементүүдийг бүрэх нь алмазын гадаргуугийн шинж чанарыг сайжруулж, улмаар түүний дулаан дамжуулалтыг сайжруулдаг. Синтерлэх нь дээрх элементүүдийг алмазан нунтаг гадаргуу дээрх нүүрстөрөгчтэй урвалд оруулж карбидын шилжилтийн давхарга үүсгэх боломжтой. Энэ нь алмаз ба металл суурийн хоорондох чийгшүүлэх төлөвийг оновчтой болгодог бөгөөд бүрхүүл нь өндөр температурт алмазын бүтцийг өөрчлөхөөс сэргийлж чадна.
(2) Зэсийн матрицын хайлш
Материалыг нийлмэл боловсруулахаас өмнө ерөнхийдөө өндөр дулаан дамжуулалт бүхий нийлмэл материал үйлдвэрлэх боломжтой металл зэс дээр хайлшны өмнөх боловсруулалтыг хийдэг. Зэсийн матриц дахь допингийн идэвхтэй элементүүд нь алмаз ба зэсийн хоорондох чийгшүүлэх өнцгийг үр дүнтэй бууруулаад зогсохгүй, урвалын дараа алмаз /Cu интерфэйс дэх зэс матрицад хатуу уусдаг карбидын давхаргыг үүсгэдэг. Ийм байдлаар материалын интерфейс дээр байгаа ихэнх цоорхойг өөрчилж, дүүргэж, улмаар дулаан дамжуулалтыг сайжруулдаг.
04 Дүгнэлт
Уламжлалт сав баглаа боодлын материал нь дэвшилтэт чипсээс үүссэн дулааныг зохицуулахад хангалтгүй байдаг. Тохируулах боломжтой CTE болон хэт өндөр дулаан дамжуулалт бүхий Dia/Cu нийлмэл материалууд нь дараагийн үеийн электроникийн хувиргах шийдлийг төлөөлдөг.
Аж үйлдвэр, худалдааг нэгтгэсэн өндөр технологийн аж ахуйн нэгжийн хувьд XKH нь алмааз/зэсийн нийлмэл материал, SiC/Al, Gr/Cu зэрэг өндөр үзүүлэлттэй металл матрицын нийлмэл материалуудын судалгаа, хөгжүүлэлт, үйлдвэрлэлд анхаарлаа хандуулж, 900Вт/(м·К)-аас дээш дулаан дамжуулалт бүхий дулааны удирдлагын шинэлэг шийдлүүд, цахилгаан эрчим хүчний модуль, сав баглаа боодол зэрэгт зориулагдсан.
XKH's Алмазан зэсээр бүрсэн ламинатан нийлмэл материал:
Шуудангийн цаг: 2025-05-12