Ab annis 1980, densitas integrationis circuituum electronicorum augetur quotannis ratione 1.5× vel celerius. Integratio altior ad maiores densitates currentis et generationem caloris durante operatione ducit.Nisi efficaciter dissipatur, hic calor defectum thermalem causare et vitam partium electronicarum minuere potest.
Ut crescentibus postulatis administrationis thermalis occurratur, materiae involucrorum electronicorum provectae cum conductivitate thermali superiore late investigantur et optimizantur.
Materia composita adamantina/cuprea
01 Adamas et Cuprum
Inter materias involucrorum traditas sunt ceramica, plastica, metalla, et mixturae earum. Ceramicae ut BeO et AlN ostendunt CTEs semiconductoribus congruentes, bonam stabilitatem chemicam, et moderatam conductivitatem thermalem. Attamen, complexitas processus, sumptus altus (praesertim BeO toxicus), et fragilitas applicationes limitant. Involucra plastica offerunt sumptum vile, pondus leve, et insulationem, sed laborant a conductivitate thermali mala et instabilitate altae temperaturae. Metalla pura (Cu, Ag, Al) habent conductivitatem thermalem magnam sed excessivum CTE, dum mixturae (Cu-W, Cu-Mo) efficaciam thermalem impediunt. Itaque novae materiae involucrorum quae altam conductivitatem thermalem et optimum CTE aequant, urgente necessitate sunt.
| Roboratio | Conductivitas Thermalis (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | Densitas (g/cm³) |
| Adamas | 700–2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| Particulae BeO | trecenti | 4.1 | 3.01 |
| Particulae AlN | CL–CCL | 2.69 | 3.26 |
| Particulae SiC | LXXX–CC | 4.0 | 3.21 |
| Particulae B₄C | 29–67 | 4.4 | 2.52 |
| Fibra boriana | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| Particulae TiC | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Particulae Al₂O₃ | XX–XL | 4.4 | 3.98 |
| Vibrissae SiC | 32 | 3.4 | – |
| Particulae Si₃N₄ | 28 | 1.44 | 3.18 |
| Particulae TiB₂ | 25 | 4.6 | 4.5 |
| Particulae SiO₂ | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
Adamas, materia naturalis durissima nota (Mohs 10), etiam praeclaras proprietates possidetconductivitas thermalis (200–2200 W/(m·K)).
Pulvis micro-adamantinus
Cuprum, cum alta conductivitas thermalis/electrica (401 W/(m·K)), ductilitas, et parcimonia sumptus, late in circuitis integratis adhibetur.
His proprietatibus coniunctis,adamas/aeris (Dia/cu) composita—cum Cu ut matrice et adamante ut robore— tamquam materiae administrationis thermalis novae generationis emergunt.
02 Methodi Fabricationis Claves
Inter methodos communes ad adamantum/cuprum praeparandum sunt: metallurgia pulveris, methodus altae temperaturae et altae pressionis, methodus immersionis liquefactae, methodus sinterationis plasmatis emissarii, methodus aspersionis frigidae, et cetera.
Comparatio variarum methodorum praeparationis, processuum et proprietatum compositorum adamantinorum/cupri singularis magnitudinis particulae.
| Parametrum | Metallurgia Pulveris | Pressio Calida Vacui | Sinterizatio Plasmae Scintillae (SPS) | Alta Pressio Alta Temperatura (HPHT) | Depositio Frigida Pulveris | Infiltratio Liquefactionis |
| Typus Adamantinus | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | PDA | MBD8/HHD |
| Matrix | Pulvis Cu 99.8% | Pulvis Cu electrolyticus 99.9% | Pulvis Cu 99.9% | Pulvis mixturae/Cu purus | Pulvis Cu purus | Cu purum in massa/virga |
| Mutatio Interfaciei | – | – | – | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | – | – |
| Magnitudo Particulae (μm) | centum | 106–125 | 100–400 | XX–CC | XXXV–CC | 50–400 |
| Fractio Voluminis (%) | XX–LX | 40–60 | XXXV–LX | LX–XC | XX–XL | LX–LXV |
| Temperatura (°C) | 900 | 800–1050 | 880–950 | 1100–1300 | 350 | 1100–1300 |
| Pressio (MPa) | 110 | 70 | 40–50 | Octo milia | 3 | 1–4 |
| Tempus (min) | 60 | 60–180 | 20 | VI–X | – | 5–30 |
| Densitas Relativa (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | – | – | – | 99.4–99.7 |
| Perfunctio | ||||||
| Optima Conductivitas Thermalis (W/(m·K)) | 305 | 536 | DCLXXXVII | 907 | – | 943 |
Communia Dia/cu artes compositas includunt:
(1)Metallurgia Pulveris
Pulveres mixti adamantini/Cu compactantur et sinterizantur. Quamquam sumptibus parcis et simplex est, haec methodus densitatem limitatam, microstructuras inhomogeneas, et dimensiones exemplorum restrictas producit.
Sunitas interna
(1)Alta Pressio Alta Temperatura (HPHT)
Prelis multi-incudibus utens, Cu liquefactum cancellos adamantinos sub condicionibus extremis penetrat, composita densa producens. Attamen, HPHT formas caras requirit et productioni magnae scalae non apta est.
Cprelum ubicum
(1)Infiltratio Liquefactionis
Cu liquefactum formas adamantinas per infiltrationem pressione adiuvatam vel capillariter impulsam permeat. Composita resultantia conductivitatem thermalem >446 W/(m·K) assequuntur.
(2)Sinterizatio Plasmae Scintillae (SPS)
Pulsus electricus pulveres mixtos sub pressione celeriter sinterizat. Quamquam efficax, effectus SPS degradatur ad fractiones adamantinas >65 vol%.
Schema systematis sinterationis plasmatis emissionis
(5) Depositio per Frigidam Pulverisationem
Pulveres accelerantur et in substrata deponuntur. Haec methodus recens orta difficultates in moderatione superficiei et validatione effectuum thermalium habet.
03 Mutatio Interfaciei
Ad materias compositas praeparandas, mutua madefactio inter componentes est necessaria condicio ad processum compositum creandum et factor magni momenti qui structuram interfaciei et statum nexus interfaciei afficit. Conditio non-madefactio in interfacie inter adamas et Cu ad resistentiam thermalem interfaciei altissimam ducit. Quapropter permagni momenti est investigationem modificationis in interfacie inter duas per varia media technica peragere. In praesenti, duae praecipue rationes sunt ad problema interfaciei inter adamas et matricem Cu emendandum: (1) Tractatio modificationis superficialis adamas; (2) Tractatio mixturae matricis cupri.
Schema modificationis: (a) Inductio directa in superficie adamantina; (b) Mixtura matricis
(1) Modificatio superficiei adamantis
Elementa activa, ut Mo, Ti, W, et Cr, in strato superficiali phasis corroborantibus collocata proprietates interfaciales adamanti emendare possunt, ita eius conductivitatem thermalem augens. Sinterizatio haec elementa cum carbone in superficie pulveris adamanti reagere sinit, ut stratum transitionis carburi formetur. Hoc statum madefactionis inter adamantum et basin metallicam optimizet, et obductio structuram adamanti ne temperaturis altis mutetur impedire potest.
(2) Coniunctio matricis cupri
Ante processum compositum materiarum, tractatio prae-mixturae in cupro metallico perficitur, quae materias compositas cum conductivitate thermali plerumque alta producere potest. Additio elementorum activorum in matrice cupri non solum angulum madefactionis inter adamantum et cuprum efficaciter reducere potest, sed etiam stratum carburi, quod post reactionem in matrice cupri ad interfaciem adamanti/Cu solide solubile est, generat. Hoc modo, pleraque hiatus ad interfaciem materiae existentes modificantur et implentur, ita conductivitatem thermalem emendans.
04 Conclusio
Materiae involucrorum usitatae in moderando calore ex fragmentis provectis deficiunt. Composita Dia/Cu, cum CTE adaptabili et conductivitate thermali altissima, solutionem transformatricem pro electronicis novae generationis repraesentant.
XKH, ut societas technologiae provectae industriam et commercium coniungens, in investigatione, evolutione, et productione compositorum adamantinorum/cupri necnon compositorum matricis metallicae summae efficaciae, ut SiC/Al et Gr/Cu, operam dat, solutiones administrationis thermalis innovativas cum conductivitate thermali supra 900W/(m·K) pro campis involucrorum electronicorum, modulorum potentiae, et aerospatialis praebens.
XKH'Materia composita laminata adamantina aenea obducta:
Tempus publicationis: XII Maii, MMXXXV