المواد المركبة الماسية / النحاس (Cu) للقيادة الحرارية العالية وتطبيقات الأداء الميكانيكي المحسنة

المواد المركبة الماسية / النحاس (Cu) للقيادة الحرارية العالية وتطبيقات الأداء الميكانيكي المحسنة

منذ الثمانينيات، ارتفع مستوى تكامل الدوائر داخل المكونات الإلكترونية بمعدل 1.5 مرة أو حتى أسرع سنويا.مع ارتفاع مستوى التكامل في الدوائر المتكاملة، يتزايد التيار وفقا لذلك، وتوليد المزيد من الحرارة أثناء التشغيل. إذا لم يتم إبعاد الحرارة في الوقت المناسب،يمكن أن يسبب تلفًا حراريًا للمكونات الإلكترونية ويقلل من عمر خدمتهاولذلك، لتلبية الطلبات المتزايدة على التبديد الحراري للمكونات الإلكترونية، تم بحث وتحسين مواد التعبئة الإلكترونية ذات التوصيل الحراري العالي باستمرار.

المعادن النقية مثل Cu ، Ag ، و Al لديها موصلات حرارية عالية ولكن معدلات التوسع الحراري مرتفعة للغاية. مواد السبائك مثل Cu-W و Cu-Mo لديها موصلات حرارية أقل. وبالتالي ،لضمان التشغيل الطبيعي للمكونات الإلكترونية وإطالة عمرها، هناك حاجة ملحة لتطوير مواد تغليف جديدة ذات توصيل حراري مرتفع ومؤشرات توسع حراري مناسبة.مع صلابة موهز 10، وهي أيضا واحدة من المواد الطبيعية مع أعلى موصلات الحرارة، والتي تصل إلى 200 إلى 2200 واط / (((m·K).الماس / النحاس المركبات ‬باستخدام النحاس كمصفوفة والماس كتمديد ‬يعتبر على نطاق واسع كمواد التعبئة الإلكترونية ذات التوصيل الحراري العالي في المستقبل.

الماس/النحاس المركب هو مادة مركبة عالية الأداء تتكون من الماس

وتشمل طرق التحضير الشائعة لمكونات الماس / النحاس: المعادن المسحوقة ، درجة حرارة عالية وضغط مرتفع ، تسلل الذوبان ، تجميد البلازما من الشرارة ، الرش البارد ، وغيرها.

(1) معدنية المسحوق

مزج جسيمات الماس معخلال عملية الخلط، يمكن إضافة كمية معينة من المواد الملصقة ومواد التشكيل. بعد الضغط على المساحيق المختلطة ومواد الإضافة إلى شكل،يتم تجميدها للحصول على الماس / Cu المركبات ذات التوصيل الحراري العاليالمعادن البولية هي عملية بسيطة ذات تكلفة منخفضة نسبياً وتعتبر تقنية معقدة نسبياً للتجمد. ومع ذلك، فإن المساحيق الناتجة لها كثافة منخفضة وهيكل داخلي صغير غير متساو.بالإضافة إلى، العينات المعدة تميل إلى أن تكون محدودة في الحجم وبسيطة في الشكل، مما يجعل من الصعب الحصول مباشرة على مواد توصيل الحرارة المتفوقة حراريًا.

(2) درجة حرارة عالية وضغط مرتفع

(3) اختراق الذوبان

(4) تجميد البلازما بالشرارة (SPS)

(5) الرش البارد

الرذاذ البارد يتضمن وضع اثنين من المساحيق المختلطة في غرفة الفرن، حيث بعد ذوبان المعدن وتذويب المعدن السائل،يتم رش الجسيمات وإيداعها على لوحة الركيزة للحصول على مادة مركبة.

تستخدم الاستراتيجيات لمعالجة قضايا الواجهة بين الماس ومصفوفة Cu

بالنسبة لتصنيع المواد المركبة ، فإن الرطوبة المتبادلة بين المكونات هي شرط مسبق ضروري للجمع الناجح ،وهو يلعب دورا حاسما في تحديد بنية الواجهة وحالة الارتباط. يؤدي ضعف قابلية الرطوبة بين الماس والنحاس إلى مقاومة حرارية عالية للجسم. لذلك تم استكشاف طرق تقنية مختلفة لتعديل واجهة الماس والكوبر.والتي هي حاسمة لتحسين أداء المواد المركبة.

في الوقت الحالي ، يتم استخدام استراتيجيات رئيسية لمعالجة قضايا الواجهة بين الماس ومصفوفة Cu:

تعديل سطح الماس
يمكن لطلاء سطح جزيئات الماس بالعناصر النشطة مثل Mo ، Ti ، W ، أو Cr تحسين خصائص الواجهة بشكل كبير. أثناء التجمد ، يمكن أن يتم تحسين خصائص الماس.هذه العناصر تتفاعل مع الكربون على سطح الماس لتشكيل طبقة انتقالية من الكربيد، مما يعزز الرطوبة بين الماس والمصفوفة المعدنية. علاوة على ذلك ، يمكن لهذه الطلاءات حماية هيكل الماس من التدهور في درجات الحرارة المرتفعة.

سبيكة مصفوفة النحاس

قبل معالجة المركبات ، يمكن أن يتم قبل سبيكة مصفوفة النحاس مع العناصر النشطة. ينتج هذا النهج قبل السبيكة المركبات ذات التوصيل الحراري الأعلى بشكل عام.إدخال العناصر النشطة في مصفوفة النحاس يقلل بشكل فعال من زاوية الاتصال بين الماس والنحاس ويشجع على تكوين طبقة الكربيد في الواجهة الماس / Cuهذه الكربيدات، التي يمكن أن تكون قابلة للذوبان جزئيا في مصفوفة النحاس، تساعد على سد الفراغات بين الوجهات وتحسين الأداء الحراري بشكل كبير.

منظر السوق واتجاهات التنمية

هيكل السوق

القيادة الدولية:
السوق الراقية تهيمن عليها اللاعبين الدوليين مثل أميتك (الولايات المتحدة الأمريكية) وسوميتو إلكتريك (اليابان) ، والتي تخدم أساسا القطاعات العسكرية والفضاء.تركز شركة هيريوس (ألمانيا) وشركة توهو تيتانيوم (اليابان) على مواد إدارة حرارية لأجهزة الإلكترونيات الاستهلاكية.

التقدم في الإنتاج المحلي:
المصنعين الصينيين (على سبيل المثال، معهد أبحاث المعادن، الأكاديمية الصينية للعلوم؛وقد حققت شركة Hunan Dingli Technology) إنتاجًا جماعيًا للأسطوانات المركبة الماسية / Cu البالغة 6 بوصات باستخدام طرق المعادن الغباريةبحلول عام 2023، سيطرت الشركات الصينية على 25% من حصة السوق المحلية.

حجم السوق

وفقًا لتوقعات شركة QY Research ، من المتوقع أن يصل سوق الماس / Cu المركب العالمي إلى 1.2 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2025 ، مع معدل نمو سنوي مركب (CAGR) بنسبة 18٪.ومن المتوقع أن تمثل منطقة آسيا والمحيط الهادئ أكثر من 50% من الطلب العالمي.

في قطاع اتصالات الجيل الخامس، من المتوقع أن يدفع الطلب على وحدات إدارة الحرارة لمحطة القاعدة إلى زيادة بنسبة 300٪ في استهلاك المواد المركبة بحلول عام 2024.

الاتجاهات المستقبلية

الاختراقات في تكنولوجيات الماس الاصطناعي:
من المتوقع أن تنخفض تكلفة الألماسات المتخلفة من البخار الكيميائي (CVD) إلى عُشر المستويات الحالية في غضون العقد المقبل.

تطبيقات الاندماج المتباين:
تطوير أفلام حرارية مرنة ضئيلة للغاية عن طريق تركيب الماس مع مواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين ونيتريد البور.

إدارة الحرارة الذكية:
دمج أجهزة استشعار درجة الحرارة في الركائز الماسية / Cu لتمكين مراقبة التوزيع الحراري في الوقت الحقيقي والتنظيم الحراري الديناميكي.

التحديات واتجاهات البحوث المستقبلية

اختناقات فنية

الصعوبة في تحقيق مقاومة حرارية منخفضة للواجهة ومستويات عالية من الإنتاج الضخم في وقت واحد، مما يحد من اختراق الماس / Cu المركبات في أسواق الإلكترونيات الاستهلاكية.

مشاكل مستمرة مع أكسدة الواجهة وانتشار العناصر خلال خدمة طويلة الأجل في درجات الحرارة العالية.

اتجاهات البحث

تصميم الواجهة الحيوية:
مستوحاة من الهياكل المتعددة الطبقات في الطبيعة (على سبيل المثال ، النكري) ، يتم استكشاف استراتيجيات توزيع تعزيز متعددة المقاييس لتحسين أداء الاقتران الحراري الميكانيكي.

عمليات التصنيع الخضراء:
تطوير العمليات الصديقة للبيئة مثل التصفيح الكهربائي الخالي من السيانيد والتخمير في درجة حرارة منخفضة للحد من انبعاثات الكربون.

مواد مركبة عالية درجة حرارة فائقة:
دراسة إمكانات تطبيق مواد الماس/الكو في بيئات تزيد عن 1000 درجة مئوية.

الاستنتاج

بفضل موصلاتها الحرارية التي لا مثيل لها ومزايا ميكانيكية شاملةالماس / Cu المركبات تظهر كمواد رئيسية للأجهزة الإلكترونية عالية الكثافة الكهربائية والتطبيقات في ظل الظروف القاسيةعلى الرغم من مواجهة التحديات في تحسين الواجهة وخفض التكاليف،التقدم المستمر في التقنيات الاصطناعية والنضج التدريجي للسلسلة الصناعية يمهد الطريق للاعتماد الأوسع.

في المستقبل، من خلال الابتكارات المتعددة التخصصاتومن المتوقع أن تدفع الأجهزة الإلكترونية نحو أداء أعلىوبالإضافة إلى ذلك، ستلعب هذه المواد دورًا حاسمًا في تعزيز كفاءة الطاقة العالمية ودعم مبادرات حيادية الكربون.

توصيات منتجات أخرى ذات صلة

الرقائق الرمادية الرقمية 5x5x0.5/lmm 10x10x0.5/1mm 20x20x0.5/1mm