1980-аад оноос хойш электрон хэлхээний интеграцийн нягтрал жилд 1.5 дахин буюу түүнээс хурдан нэмэгдэж байна. Интеграцчлал өндөр байх нь гүйдлийн нягтрал болон ашиглалтын явцад дулаан үүсэхэд хүргэдэг.Хэрэв энэ дулааныг үр дүнтэйгээр сарниулахгүй бол дулааны алдагдал үүсгэж, электрон эд ангиудын ашиглалтын хугацааг богиносгож болзошгүй.
Дулааны менежментийн өсөн нэмэгдэж буй шаардлагыг хангахын тулд дээд зэргийн дулаан дамжуулалттай дэвшилтэт электрон сав баглаа боодлын материалыг өргөн хүрээнд судалж, оновчтой болгож байна.
Алмаз/зэс нийлмэл материал
01 Алмаз ба Зэс
Уламжлалт сав баглаа боодлын материалд керамик, хуванцар, металл болон тэдгээрийн хайлш орно. BeO болон AlN зэрэг керамикууд нь хагас дамжуулагчтай тохирох CTE, сайн химийн тогтвортой байдал, дунд зэргийн дулаан дамжуулалттай байдаг. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн нарийн төвөгтэй боловсруулалт, өндөр өртөг (ялангуяа хортой BeO), хэврэг чанар нь хэрэглээг хязгаарладаг. Хуванцар сав баглаа боодол нь бага өртөгтэй, хөнгөн жинтэй, дулаалгатай боловч дулаан дамжуулалт муу, өндөр температурын тогтворгүй байдалтай байдаг. Цэвэр металлууд (Cu, Ag, Al) нь өндөр дулаан дамжуулалттай боловч хэт их CTE-тэй байдаг бол хайлшууд (Cu-W, Cu-Mo) нь дулааны гүйцэтгэлийг бууруулдаг. Тиймээс өндөр дулаан дамжуулалт болон оновчтой CTE-г тэнцвэржүүлдэг шинэ сав баглаа боодлын материал яаралтай хэрэгтэй 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 хэсгүүд | 150–250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC хэсгүүд | 80–200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C хэсгүүд | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Бор эслэг | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC хэсгүүд | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ хэсгүүд | 20–40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC сахал | 32 | 3.4 | – |
| Si₃N₄ хэсгүүд | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ хэсгүүд | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ хэсгүүд | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Алмазхамгийн хатуу мэдэгдэж буй байгалийн материал (Mohs 10) нь мөн онцгой шинж чанартайдулаан дамжуулалт (200–2200 Вт/(м·К)).
Алмазан бичил нунтаг
Зэс, -тай өндөр дулаан/цахилгаан дамжуулалт (401 Вт/(м·К)), уян хатан чанар, өртгийн үр ашгийг IC-д өргөн ашигладаг.
Эдгээр шинж чанаруудыг нэгтгэн,алмаз/зэс (Dia/Cu) нийлмэл—матриц болгон cu, арматур болгон алмааз ашигласнаар дараагийн үеийн дулааны менежментийн материал болж гарч ирж байна.
02 Үйлдвэрлэлийн гол аргууд
Алмаз/зэс бэлтгэх нийтлэг аргуудад: нунтаг металлурги, өндөр температур ба өндөр даралтын арга, хайлмал дүрэх арга, гадагшлуулах плазмын хайлуулах арга, хүйтэн шүрших арга гэх мэт орно.
Ганц ширхэгийн хэмжээтэй алмаз/зэсийн композитуудын янз бүрийн бэлтгэлийн арга, процесс, шинж чанарыг харьцуулах
| Параметр | Нунтаг металлурги | Вакуум халуун шахалт | Оч плазмын синтез (SPS) | Өндөр даралттай өндөр температур (HPHT) | Хүйтэн шүрших тунадасжилт | Хайлмал нэвчилт |
| Алмазын 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 бөөнөөр нь/саваа |
| Интерфэйсийн өөрчлөлт | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Бөөмийн хэмжээ (μм) | 100 | 106–125 | 100–400 | 20–200 | 35–200 | 50–400 |
| Эзлэхүүний фракц (%) | 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, шатаадаг. Энэ арга нь өртөг хэмнэлттэй, энгийн боловч нягтрал хязгаарлагдмал, нэг төрлийн бус бичил бүтэцтэй, дээжийн хэмжээ хязгаарлагдмал байдаг.
Sхарилцан үйлчлэлийн нэгж
(1)Өндөр даралттай өндөр температур (HPHT)
Олон шонгийн пресс ашиглан хайлсан cu нь хэт хүнд нөхцөлд алмазан торонд нэвчиж, нягт нийлмэл материал үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч HPHT нь үнэтэй хэв шаарддаг бөгөөд томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлд тохиромжгүй байдаг.
Cумайн хүзүүний хэвлэлийн газар
(1)Хайлмал нэвчилт
Хайлсан мис нь даралтын тусламжтайгаар эсвэл хялгасан судсаар нэвчиж алмазан урьдчилсан хэлбэрт нэвчдэг. Үүний үр дүнд үүссэн нийлмэл материалууд >446 Вт/(м·К) дулаан дамжуулалтад хүрдэг.
(2)Оч плазмын синтез (SPS)
Импульсийн гүйдэл нь холимог нунтагыг даралтын дор хурдан хайлуулдаг. Үр ашигтай хэдий ч SPS-ийн гүйцэтгэл нь алмазын фракц >65 вольтын үед буурдаг.
Плазмын ялгаруулалтын системийн бүдүүвч диаграмм
(5) Хүйтэн шүрших тунадасжилт
Нунтаг бодисыг хурдасгаж, суурь дээр хуримтлуулдаг. Энэхүү шинээр гарч ирж буй арга нь гадаргуугийн өнгөлгөөний хяналт болон дулааны гүйцэтгэлийн баталгаажуулалтын сорилтуудтай тулгардаг.
03 Интерфэйсийн өөрчлөлт
Нийлмэл материал бэлтгэхийн тулд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондох харилцан норгох нь нийлмэл процессын зайлшгүй урьдчилсан нөхцөл бөгөөд интерфейсийн бүтэц болон интерфейсийн холболтын төлөв байдалд нөлөөлдөг чухал хүчин зүйл юм. Алмаз ба cu2-ийн хоорондох интерфейс дэх норгохгүй байх нөхцөл нь интерфейсийн дулааны эсэргүүцлийг маш өндөр болгодог. Тиймээс эдгээр хоёрын хоорондох интерфейс дээр янз бүрийн техникийн хэрэгслээр өөрчлөлтийн судалгаа хийх нь маш чухал юм. Одоогийн байдлаар алмаз ба cu2 матрицын хоорондох интерфейсийн асуудлыг сайжруулах гол хоёр арга байдаг: (1) Алмазын гадаргуугийн өөрчлөлтийн боловсруулалт; (2) Зэсийн матрицын хайлшийн боловсруулалт.
Өөрчлөлтийн схемийн диаграмм: (a) Алмазын гадаргуу дээр шууд бүрэх; (b) Матриц хайлшлах
(1) Алмазын гадаргуугийн өөрчлөлт
Арматурын үе шатны гадаргуугийн давхаргад Mo, Ti, W, Cr зэрэг идэвхтэй элементүүдийг бүрэх нь алмазын гадаргуугийн шинж чанарыг сайжруулж, улмаар түүний дулаан дамжуулалтыг нэмэгдүүлдэг. Шаталтын аргаар дээрх элементүүдийг алмазын нунтаг гадаргуу дээрх нүүрстөрөгчтэй урвалд орж карбидын шилжилтийн давхарга үүсгэх боломжтой. Энэ нь алмаз болон металл суурийн хоорондох норсон төлөвийг оновчтой болгож, бүрхүүл нь алмазын бүтцийг өндөр температурт өөрчлөхөөс сэргийлж чадна.
(2) Зэсийн матрицыг хайлуулах
Материалыг нийлмэл боловсруулахаас өмнө металл зэс дээр урьдчилан хайлшлах боловсруулалт хийдэг бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө өндөр дулаан дамжуулалттай нийлмэл материалыг гаргаж авах боломжтой. Зэсийн матриц дахь идэвхтэй элементүүдийг допинглох нь алмаз ба зэсийн хоорондох норгох өнцгийг үр дүнтэй бууруулаад зогсохгүй урвалын дараа алмаз/Cu интерфейс дээр зэсийн матрицад хатуу уусдаг карбидын давхарга үүсгэдэг. Ингэснээр материалын интерфейс дээрх ихэнх цоорхойг өөрчилж, дүүргэж, улмаар дулаан дамжуулалтыг сайжруулдаг.
04 Дүгнэлт
Уламжлалт сав баглаа боодлын материалууд нь дэвшилтэт чипээс үүсэх дулааныг зохицуулахад дутагдалтай байдаг. Тохируулж болох CTE болон хэт өндөр дулаан дамжуулалттай Dia/Cu композитууд нь дараагийн үеийн электроникийн хувьд хувьсгалт шийдлийг төлөөлдөг.
Аж үйлдвэр, худалдааг нэгтгэсэн өндөр технологийн аж ахуйн нэгж болох XKH нь алмаз/зэсийн нийлмэл материал болон SiC/Al болон Gr/Cu зэрэг өндөр хүчин чадалтай металл матрицын нийлмэл материалын судалгаа, хөгжүүлэлт, үйлдвэрлэлд анхаарлаа хандуулж, электрон сав баглаа боодол, цахилгаан модуль, сансар судлалын салбарт 900Вт/(м·К)-ээс дээш дулаан дамжуулах чадвартай инновацийн дулааны менежментийн шийдлүүдийг санал болгодог.
XXKH's Алмаз зэс бүрсэн ламинатан нийлмэл материал:
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 5-р сарын 12