Yüksek termal iletkenlik ve gelişmiş mekanik performans uygulamaları için elmas/nakir (Cu) kompozit malzemeler

Yüksek termal iletkenlik ve gelişmiş mekanik performans uygulamaları için elmas/nakir (Cu) kompozit malzemeler

1980'lerden bu yana, elektronik bileşenler içindeki devrelerin entegrasyon seviyesi yıllık 1,5 kat veya daha hızlı bir oranda artıyor.Entegre devrelerin entegrasyon seviyesi arttıkçaEğer ısı zamanında dağıtılmazsa, ısı daha fazla ısı üretir.Elektronik bileşenlere termal hasar verebilir ve kullanım ömrünü azaltabilir.Bu nedenle, elektronik bileşenlerin artan ısı dağılımı taleplerini karşılamak için, yüksek termal iletkenliğe sahip elektronik ambalaj malzemeleri sürekli olarak araştırıldı ve optimize edildi.

Cu, Ag ve Al gibi saf metaller yüksek termal iletkenliğe sahiptir ancak aşırı yüksek termal genişleme oranlarına sahiptir. Cu-W ve Cu-Mo gibi alaşım malzemeleri daha düşük termal iletkenliğe sahiptir.Elektronik bileşenlerin normal çalışmasını sağlamak ve ömrünü uzatmak için, yüksek termal iletkenliğe ve uygun termal genişleme katsayısına sahip yeni ambalaj malzemelerinin geliştirilmesine acil ihtiyaç var.Mohs sertliği 10, ve aynı zamanda en yüksek ısı iletkenliğine sahip doğal malzemelerden biridir, 200 ila 2200 W/((m·K'ye ulaşır.Elmas/bakır kompozitleri “matris olarak bakır ve takviye olarak elmas kullanan “bütünüyle gelecekteki yaygın yüksek termal iletkenlik elektronik ambalaj malzemeleri olarak kabul ediliyor..

Elmas/Bakır Kompozit, elmastan oluşan yüksek performanslı bir kompozit malzemedir.

Elmas / bakır kompozitleri için yaygın hazırlama yöntemleri şunlardır: toz metalürjisi, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç, erimiş sızdırma, kıvılcım plazma sinterleme, soğuk püskürtme ve diğerleri.

(1) Toz metalürjisi

Elmas parçacıklarını karıştırın.Karıştırma işlemi sırasında, belirli miktarda bağlayıcı ve şekillendirme ajanları eklenebilir.Yüksek ısı iletkenliği olan elmas/Cu kompozitleri elde etmek için sinterleme yapılır.Toz metalürjisi nispeten düşük maliyetli basit bir işlemdir ve nispeten olgun bir sinterleme tekniğidir. Bununla birlikte, elde edilen tozların düşük yoğunluğu ve eşit olmayan iç mikrostrukturları vardır.Ek olarak, hazırlanan numuneler genellikle boyut olarak sınırlıdır ve şekil açısından basittir, bu da termal olarak üstün ısı iletkenlik malzemelerini doğrudan elde etmeyi zorlaştırır.

(2) Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç

(3) Erimiş Sızıntı

(4) Parlak Plazma Sinterleme (SPS)

(5) Soğuk püskürtme

Soğuk püskürtme çöküntüsü, iki karışık tozun bir fırın odasına yerleştirilmesini içerir.Parçacıklar püskürtülür ve kompozit malzeme elde etmek için bir substrat plaka üzerine bırakılır..

Elmas ve Cu matrisi arasındaki arayüz sorunlarını çözmek için stratejiler kullanılır.

Kompozit malzemelerin üretimi için, bileşenler arasındaki karşılıklı ıslanabilirlik, başarılı bir karışım için gerekli bir ön koşuldur.ve ara yüz yapısını ve bağlanma durumunu belirlemede çok önemli bir rol oynar.Elmas ve bakır arasındaki zayıf nemlendiricilik, yüksek bir yüzey termal direnciye yol açar. Bu nedenle, elmas-Cu ara yüzünü değiştirmek için çeşitli teknik yaklaşımlar keşfedildi.Kompozitlerin performansını iyileştirmek için kritik olan.

Şu anda elmas ve Cu matrisi arasındaki arayüz sorunlarını çözmek için iki ana strateji kullanılıyor:

Elmas'ın Yüzey Değişimi
Elmas parçacıklarının yüzeyini Mo, Ti, W veya Cr gibi aktif elementlerle kaplama, yüzey özelliklerini önemli ölçüde artırabilir.Bu elementler elmas yüzeyinde karbonla reaksiyona girerek karbid geçiş katmanı oluşturur., elmas ve metal matris arasındaki nemlenebilirliği artırır. Ayrıca, bu tür kaplamalar elmas yapısını yüksek sıcaklıklarda bozulmaktan koruyabilir.

Bakır matrisinin alaşımı

Kompozit işleminden önce, bakır matris aktif elemanlarla önceden alaşımlı olabilir.Bakır matrisine aktif elementlerin eklenmesi, elmas ve bakır arasındaki temas açısını etkili bir şekilde azaltır ve elmas/Cu arayüzünde bir karbid tabakasının oluşmasını teşvik ederBakır matrisinde kısmen çözünen bu karbitler, yüzey boşluklarını doldurmaya yardımcı olur ve termal performansı önemli ölçüde iyileştirir.

Piyasa Manzarası ve Gelişme Eğilimleri

Pazar Yapısı

Uluslararası Liderlik:
Yüksek seviye piyasalar, esas olarak askeri ve havacılık sektörlerine hizmet veren AMETEK (ABD) ve Sumitomo Electric (Japonya) gibi uluslararası oyuncular tarafından egemen.Heraeus (Almanya) ve Toho Titanium (Japonya) tüketici elektroniği için termal yönetim substratlarına odaklanmaktadır.

Yerel Üretimin İlerlemesi:
Çinli üreticiler (örneğin, Metal Araştırma Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi;Hunan Dingli Teknolojisi) toz metalürjisi yöntemleri ile 6 inçlik elmas/Cu kompozit substratların seri üretimine ulaştı.2023 yılına kadar, Çinli şirketler yerli pazar payının %25'ini ele geçirdi.

Piyasa Boyutu

QY Research'in tahminine göre, küresel elmas/Cu kompozit pazarının 2025 yılına kadar% 18'lik yıllık artış oranı (CAGR) ile 1,2 milyar ABD dolarına ulaşması öngörülüyor.Asya-Pasifik bölgesinin küresel talebin% 50'sinden fazlasını oluşturması bekleniyor.

5G iletişim sektöründe, baz istasyonu termal yönetim modülleri talebinin 2024 yılına kadar kompozit malzeme tüketiminde %300 artışa neden olması bekleniyor.

Gelecekteki Eğilimler

Sentetik Elmas Teknolojilerinde Yenilikler:
Kimyasal buhar çökümü (CVD) elmaslarının maliyetinin önümüzdeki on yıl içinde mevcut seviyelerin onda birine düşeceği tahmin ediliyor.

Heterogen Entegrasyon Uygulamaları:
Elmasları grafen ve bor nitrit gibi iki boyutlu malzemelerle birleştirerek ultra ince, esnek termal filmlerin geliştirilmesi.

Akıllı Termal Yönetim:
Gerçek zamanlı termal dağılım izlemesini ve dinamik termal düzenlemeyi sağlamak için sıcaklık sensörlerinin elmas/Cu substratlarına entegre edilmesi.

Zorluklar ve Gelecekteki Araştırma Yöntemleri

Teknik sıkıntılar

Aynı anda düşük yüzey termal direnci ve yüksek seri üretim verimlerinin elde edilmesinde zorluk, elmas/Cu kompozitlerinin tüketici elektroniği pazarlarına nüfuzunu sınırlıyor.

Uzun süreli yüksek sıcaklık hizmetinde arayüz oksidasyonu ve elemental difüzyonla ilgili kalıcı sorunlar.

Araştırma Yönleri

Biyomimetik arayüz tasarımı:
Doğadaki katmanlı yapılardan ilham alarak (örneğin, nacre), termo-mekanik birleştirme performansını optimize etmek için çok ölçekli takviye dağıtım stratejileri araştırılıyor.

Yeşil üretim süreçleri:
Çevre dostu işlemlerin geliştirilmesi, karbon emisyonlarını azaltmak için siyanürsüz galvanik plakalama ve düşük sıcaklıkta sinterleme.

Ultra Yüksek Sıcaklıklı Kompozitler:
Elmas/Cu kompozitlerinin 1000°C'yi aşan ortamlarda kullanım potansiyelini araştırmak.

Sonuçlar

Eşsiz ısı iletkenliği ve kapsamlı mekanik avantajları sayesinde,Elmas/Cu kompozitleri, aşırı koşullar altında yüksek güç yoğunluğunda elektronik cihazlar ve uygulamalar için kilit malzemeler olarak ortaya çıkıyorArayüz optimizasyonu ve maliyet azaltmasında zorluklarla karşılaşmasına rağmen,Sentetik tekniklerde devam eden ilerlemeler ve endüstri zincirinin kademeli olgunlaşması daha geniş bir şekilde benimsenmeye yol açıyor.

Gelecekte, materyal bilimi, nanoteknoloji ve teknolojileri birleştiren disiplinlerarası yeniliklerle,ve yapay zekâ'nın elektronik cihazları daha yüksek performanslara yöneltmesi bekleniyor.Ayrıca, bu malzemeler küresel enerji verimliliğinin artırılmasında ve karbon tarafsızlığı girişimlerini desteklemede kritik bir rol oynayacak.

Diğer ilgili ürün önerileri

Bakır Substrat Tek Kristal Cu Wafer 5x5x0.5/lmm 10x10x0.5/1mm 20x20x0.5/1mm