1980 کی دہائی سے، الیکٹرانک سرکٹس کے انضمام کی کثافت 1.5× یا اس سے زیادہ کی سالانہ شرح سے بڑھ رہی ہے۔ اعلی انضمام آپریشن کے دوران زیادہ موجودہ کثافت اور گرمی کی پیداوار کا باعث بنتا ہے۔اگر اسے مؤثر طریقے سے ختم نہ کیا جائے تو یہ حرارت تھرمل ناکامی کا سبب بن سکتی ہے اور الیکٹرانک اجزاء کی عمر کو کم کر سکتی ہے۔
تھرمل مینجمنٹ کے بڑھتے ہوئے مطالبات کو پورا کرنے کے لیے، اعلیٰ تھرمل چالکتا کے ساتھ جدید الیکٹرانک پیکیجنگ مواد کی وسیع پیمانے پر تحقیق اور اصلاح کی جا رہی ہے۔
ڈائمنڈ/کاپر کا مرکب مواد
01 ہیرا اور تانبا
روایتی پیکیجنگ مواد میں سیرامکس، پلاسٹک، دھاتیں اور ان کے مرکب شامل ہیں۔ BeO اور AlN جیسے سیرامکس سیمی کنڈکٹرز سے مماثل CTEs، اچھی کیمیائی استحکام، اور معتدل تھرمل چالکتا کی نمائش کرتے ہیں۔ تاہم، ان کی پیچیدہ پروسیسنگ، زیادہ لاگت (خاص طور پر زہریلا BeO)، اور ٹوٹنے والی حد اطلاقات۔ پلاسٹک کی پیکیجنگ کم قیمت، ہلکے وزن اور موصلیت کی پیشکش کرتی ہے لیکن تھرمل چالکتا اور اعلی درجہ حرارت کی عدم استحکام کا شکار ہے۔ خالص دھاتوں (Cu, Ag, Al) میں تھرمل چالکتا زیادہ ہے لیکن ضرورت سے زیادہ CTE، جبکہ مرکب دھاتیں (Cu-W, Cu-Mo) تھرمل کارکردگی کو سمجھوتہ کرتی ہیں۔ اس طرح، اعلی تھرمل چالکتا اور زیادہ سے زیادہ CTE کو متوازن کرنے والے نئے پیکیجنگ مواد کی فوری ضرورت ہے۔
| کمک | تھرمل چالکتا (W/(m·K)) | CTE (×10⁻⁶/℃) | کثافت (g/cm³) |
| ہیرا | 700-2000 | 0.9–1.7 | 3.52 |
| BeO ذرات | 300 | 4.1 | 3.01 |
| AlN ذرات | 150-250 | 2.69 | 3.26 |
| SiC ذرات | 80-200 | 4.0 | 3.21 |
| B₄C ذرات | 29-67 | 4.4 | 2.52 |
| بوران فائبر | 40 | ~5.0 | 2.6 |
| TiC ذرات | 40 | 7.4 | 4.92 |
| Al₂O₃ ذرات | 20-40 | 4.4 | 3.98 |
| SiC سرگوشیاں | 32 | 3.4 | - |
| Si₃N₄ ذرات | 28 | 1.44 | 3.18 |
| TiB₂ ذرات | 25 | 4.6 | 4.5 |
| SiO₂ ذرات | 1.4 | <1.0 | 2.65 |
ہیرا، سب سے مشکل معلوم قدرتی مواد (Mohs 10) بھی غیر معمولی ہے۔تھرمل چالکتا (200–2200 W/(m·K)).
ڈائمنڈ مائیکرو پاؤڈر
تانبا, کے ساتھ ہائی تھرمل/برقی چالکتا (401 W/(m·K))، لچکدار، اور لاگت کی کارکردگی، بڑے پیمانے پر ICs میں استعمال کیا جاتا ہے.
ان خصوصیات کو یکجا کرنا،ڈائمنڈ/کاپر (Dia/Cu) کمپوزٹ- میٹرکس کے طور پر Cu اور کمک کے طور پر ہیرے کے ساتھ - اگلی نسل کے تھرمل مینجمنٹ میٹریل کے طور پر ابھر رہے ہیں۔
02 کلیدی من گھڑت طریقے
ڈائمنڈ/کاپر کی تیاری کے عام طریقوں میں شامل ہیں: پاؤڈر میٹالرجی، ہائی ٹمپریچر اور ہائی پریشر کا طریقہ، پگھلنے کا طریقہ، ڈسچارج پلازما سنٹرنگ کا طریقہ، کولڈ اسپرے کا طریقہ وغیرہ۔
سنگل پارٹیکل سائز ڈائمنڈ/کاپر کمپوزٹ کی تیاری کے مختلف طریقوں، عمل اور خصوصیات کا موازنہ
| پیرامیٹر | پاؤڈر دھات کاری | ویکیوم ہاٹ پریسنگ | اسپارک پلازما سینٹرنگ (SPS) | ہائی پریشر ہائی ٹمپریچر (HPHT) | کولڈ سپرے جمع | پگھل دراندازی |
| ہیرے کی قسم | MBD8 | HFD-D | MBD8 | MBD4 | پی ڈی اے | MBD8/HHD |
| میٹرکس | 99.8٪ کیو پاؤڈر | 99.9٪ الیکٹرولیٹک کیو پاؤڈر | 99.9% کیو پاؤڈر | کھوٹ/خالص کیو پاؤڈر | خالص کیو پاؤڈر | خالص کیو بلک/راڈ |
| انٹرفیس میں ترمیم | - | - | - | B, Ti, Si, Cr, Zr, W, Mo | - | - |
| ذرہ کا سائز (μm) | 100 | 106-125 | 100-400 | 20-200 | 35-200 | 50-400 |
| حجم کا حصہ (%) | 20-60 | 40-60 | 35-60 | 60-90 | 20-40 | 60-65 |
| درجہ حرارت (°C) | 900 | 800–1050 | 880-950 | 1100-1300 | 350 | 1100-1300 |
| پریشر (MPa) | 110 | 70 | 40-50 | 8000 | 3 | 1–4 |
| وقت (منٹ) | 60 | 60-180 | 20 | 6-10 | - | 5–30 |
| رشتہ دار کثافت (%) | 98.5 | 99.2–99.7 | - | - | - | 99.4–99.7 |
| کارکردگی | ||||||
| بہترین تھرمل چالکتا (W/(m·K)) | 305 | 536 | 687 | 907 | - | 943 |
عام Dia/Cu جامع تکنیک میں شامل ہیں:
(1)پاؤڈر دھات کاری
مکسڈ ڈائمنڈ/Cu پاؤڈر کمپیکٹڈ اور sintered ہیں۔ لاگت سے موثر اور سادہ ہونے کے باوجود، یہ طریقہ محدود کثافت، غیر ہم جنس مائیکرو اسٹرکچرز، اور محدود نمونے کے طول و عرض پیدا کرتا ہے۔
Sانٹرنگ یونٹ
(1)ہائی پریشر ہائی ٹمپریچر (HPHT)
ملٹی اینول پریسز کا استعمال کرتے ہوئے، پگھلا ہوا Cu انتہائی حالات میں ہیرے کی جالیوں میں گھس جاتا ہے، جس سے گھنے مرکب تیار ہوتے ہیں۔ تاہم، HPHT کو مہنگے سانچوں کی ضرورت ہوتی ہے اور یہ بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے غیر موزوں ہے۔
Cیوبیک پریس
(1)پگھل دراندازی
پگھلا ہوا کیو دباؤ کی مدد سے یا کیپلیری سے چلنے والی دراندازی کے ذریعے ہیرے کی شکلوں کو پھیلاتا ہے۔ نتیجہ خیز مرکبات>446 W/(m·K) تھرمل چالکتا حاصل کرتے ہیں۔
(2)اسپارک پلازما سینٹرنگ (SPS)
سپندت والا کرنٹ تیزی سے مخلوط پاؤڈر کو دباؤ میں ڈالتا ہے۔ اگرچہ موثر ہے، ایس پی ایس کی کارکردگی ہیرے کے حصوں>65 والیوم٪ پر گر جاتی ہے۔
ڈسچارج پلازما سنٹرنگ سسٹم کا اسکیمیٹک ڈایاگرام
(5) کولڈ سپرے جمع
پاؤڈرز کو تیز کیا جاتا ہے اور سبسٹریٹس پر جمع کیا جاتا ہے۔ اس نوزائیدہ طریقہ کو سطح کے ختم کنٹرول اور تھرمل کارکردگی کی توثیق میں چیلنجوں کا سامنا ہے۔
03 انٹرفیس میں ترمیم
جامع مواد کی تیاری کے لیے، اجزاء کے درمیان باہمی گیلا ہونا جامع عمل کے لیے ضروری شرط ہے اور انٹرفیس کی ساخت اور انٹرفیس بانڈنگ کی حالت کو متاثر کرنے والا ایک اہم عنصر ہے۔ ڈائمنڈ اور Cu کے درمیان انٹرفیس میں نہ گیلا ہونے کی حالت بہت زیادہ انٹرفیس تھرمل مزاحمت کا باعث بنتی ہے۔ لہذا، مختلف تکنیکی ذرائع سے دونوں کے درمیان انٹرفیس پر ترمیم کی تحقیق کرنا بہت ضروری ہے۔ اس وقت، ڈائمنڈ اور کیو میٹرکس کے درمیان انٹرفیس کے مسئلے کو بہتر بنانے کے لیے بنیادی طور پر دو طریقے ہیں: (1) ہیرے کی سطح میں تبدیلی کا علاج؛ (2) تانبے کے میٹرکس کا مرکب علاج۔
ترمیمی خاکہ: (a) ہیرے کی سطح پر براہ راست چڑھانا؛ (b) میٹرکس الائینگ
(1) ہیرے کی سطح میں تبدیلی
فعال عناصر جیسے Mo, Ti, W اور Cr کو مضبوطی کے مرحلے کی سطح کی تہہ پر چڑھانا ہیرے کی انٹرفیشل خصوصیات کو بہتر بنا سکتا ہے، اس طرح اس کی تھرمل چالکتا میں اضافہ ہوتا ہے۔ سنٹرنگ مندرجہ بالا عناصر کو ہیرے کے پاؤڈر کی سطح پر کاربن کے ساتھ رد عمل ظاہر کرنے کے قابل بناتی ہے تاکہ کاربائیڈ کی منتقلی کی تہہ بن سکے۔ یہ ہیرے اور دھات کی بنیاد کے درمیان گیلے ہونے کی حالت کو بہتر بناتا ہے، اور کوٹنگ ہیرے کی ساخت کو زیادہ درجہ حرارت پر تبدیل ہونے سے روک سکتی ہے۔
(2) تانبے کے میٹرکس کی ملاوٹ
مواد کی جامع پروسیسنگ سے پہلے، دھاتی تانبے پر مرکب سے پہلے کا علاج کیا جاتا ہے، جو عام طور پر اعلی تھرمل چالکتا کے ساتھ جامع مواد تیار کر سکتا ہے۔ کاپر میٹرکس میں فعال عناصر کو ڈوپ کرنے سے نہ صرف ہیرے اور تانبے کے درمیان گیلے ہونے والے زاویے کو مؤثر طریقے سے کم کیا جا سکتا ہے، بلکہ رد عمل کے بعد ہیرے/Cu انٹرفیس پر کاپر میٹرکس میں ٹھوس حل پذیر کاربائیڈ کی تہہ بھی پیدا ہوتی ہے۔ اس طرح، مادی انٹرفیس میں موجود زیادہ تر خلا کو تبدیل کیا جاتا ہے اور پُر کیا جاتا ہے، اس طرح تھرمل چالکتا میں بہتری آتی ہے۔
04 نتیجہ
روایتی پیکیجنگ مواد اعلی درجے کی چپس سے گرمی کا انتظام کرنے میں کم ہے. ٹیون ایبل CTE اور الٹرا ہائی تھرمل چالکتا کے ساتھ Dia/Cu مرکبات، اگلی نسل کے الیکٹرانکس کے لیے ایک تبدیلی کے حل کی نمائندگی کرتے ہیں۔
صنعت اور تجارت کو مربوط کرنے والے ایک ہائی ٹیک انٹرپرائز کے طور پر، XKH ڈائمنڈ/کاپر کمپوزٹ اور ہائی پرفارمنس میٹل میٹرکس کمپوزٹ جیسے SiC/Al اور Gr/Cu کی تحقیق اور ترقی اور پیداوار پر توجہ مرکوز کرتا ہے، جو 900W/(m·K) سے زیادہ تھرمل چالکتا کے ساتھ جدید تھرمل مینجمنٹ سلوشنز فراہم کرتا ہے۔
XKH's ڈائمنڈ کاپر پہنے ہوئے ٹکڑے ٹکڑے کا مرکب مواد:
پوسٹ ٹائم: مئی 12-2025