Gyémánt alkalmazása új elektronikus csomagolóanyagokban

A modern mikroelektronikai technológia rohamosan fejlődik, az elektronikai rendszerek és berendezések pedig a nagyszabású integráció, miniatürizálás, nagy hatékonyság és nagy megbízhatóság irányába fejlődnek. Az elektronikus rendszerek integráltságának növekedése a teljesítménysűrűség növekedéséhez, valamint az elektronikus alkatrészek által termelt hő és a rendszer általános működésének növekedéséhez vezet. Ezért a hatékony csomagolásnak meg kell oldania az elektronikus rendszerek hőelvezetési problémáját.

A készülék jó hőelvezetése az optimalizált hőelvezetési szerkezet kialakításától, a csomagolóanyag kiválasztásától (termikus interfész anyaga és hőelvezető hordozója) és a csomagolás gyártási folyamatától függ. Közülük a hordozóanyag kiválasztása kulcsfontosságú láncszem, amely közvetlenül befolyásolja az eszköz költségét, teljesítményét és megbízhatóságát. Általánosságban elmondható, hogy az elektronikus csomagolóanyagok alkalmazásánál két alapvető teljesítménykövetelményt kell figyelembe venni. Az első a magas hővezető képesség a gyors hőátadás elérése érdekében, és biztosítja, hogy a chip ideális hőmérsékleti körülmények között stabilan működjön; ugyanakkor a csomagolóanyagnak megbízhatónak kell lennie. Állítható hőtágulási együttható, hogy folyamatosan illeszkedjen a chiphez és a csomagolóanyagok minden szintjéhez, és csökkentse a hőterhelés káros hatásait. Az elektronikus csomagolóanyagok fejlesztési pályája e két tulajdonság folyamatos fejlesztése és optimalizálása.

 

Természetesen az új csomagolóanyagoknak más tulajdonságokat is figyelembe kell venniük, mint például a nagy ellenállás, alacsony dielektromos állandó, dielektromos veszteség, jó termikus illeszkedés szilíciummal és gallium-arzeniddel, nagy felületi síkság, jó mechanikai tulajdonságok és ipari gyártás egyszerűsége és egyéb jellemzők. , így az új csomagolóanyag-anyagok kiválasztása a kutatás-fejlesztés egyik legforróbb pontja a különböző országokban. Jelenleg számos általánosan használt csomagolóanyag közé tartozik az Al2O3 kerámia, a SiC kerámia, az AlN és más anyagok.

 

A német Siemens cég már 1929-ben sikeresen fejlesztette ki az Al2O3 kerámiát, de az Al2O3 hőtágulási együtthatója és dielektromos állandója magasabb, mint a Si egykristályoké, és a hővezető képessége sem elég magas, így az Al2O3 kerámia hordozók nem alkalmasak nagy feldolgozásra. frekvencia, nagy teljesítmény, VLSI-ben használatos.

 

Ezt követően fokozatosan megjelentek a piacra a nagy hővezető képességű kerámia hordozóanyagok, a SiC, AlN, SI3N4 és a gyémánt.

A SiC kerámiák hővezető képessége nagyon magas, és minél magasabb a SiC kristályosodás tisztasága, annál nagyobb a hővezető képesség; a SiC legnagyobb hátránya, hogy túl nagy a dielektromos állandó és alacsony a dielektromos szilárdság, így korlátozza a nagyfrekvenciás alkalmazásait, és csak kis sűrűségű csomagolásra alkalmas.

 

Az AlN anyag kiváló dielektromos tulajdonságokkal és stabil kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, különösen a hőtágulási együtthatója egyezik a szilíciuméval, így nagy fejlődési kilátásokkal használható félvezető csomagolóanyagként. A hővezetőképesség azonban alacsony, és mivel a félvezető csomagolások egyre magasabb hőelvezetési követelményeket támasztanak, az AlN anyagoknak is van egy bizonyos fejlesztési szűk keresztmetszete.

 

A végén a gyémánt emelkedett ki. A gyémánt nagyon jó átfogó termofizikai tulajdonságokkal rendelkezik. Hővezető képessége szobahőmérsékleten {{0}}W/(m·K), hőtágulási együtthatója 0,8×10-6/K. Nagy lehetőségek rejlenek benne a félvezetőkben, optikában stb. Sok kiváló tulajdonsággal rendelkezik, de egyetlen gyémántból nem könnyű csomagolóanyagot készíteni, és a költségek is magasak.

 

A keverési szabály szerint a gyémánt/fém mátrix kompozit, amelyet gyémántrészecskék Ag, Cu, Al és más nagy hővezető képességű fémmátrixba történő hozzáadásával állítanak elő, várhatóan új típusú elektronikus csomagolóanyaggá válik, alacsony hőtágulási együtthatóval és magas hőtágulási együtthatóval. vezetőképesség. A réz kiváló elektromos vezetőképessége és nagy hővezető képessége alapján gyémánt/réz kompozit anyagot fejlesztettek ki az elektronikai csomagolás hordozóanyagaként, és megerősítést nyert, hogy a gyémánt/réz kompozit anyag jó bevonattal és forraszthatósággal rendelkezik, amely megfelel az elektronikus A csomagolóanyagok alacsony hőtágulási együtthatót és nagy hővezető képességet igényelnek, és a Mo/Cu ötvözetekhez képest kisebb sűrűségűek és könnyebbek.

 

Ezért a gyémánt/réz kompozitok gyémánttal, mint erősítő fázissal és rézzel a mátrixanyaggal. Az anyagok felhasználhatók a forgácsok csomagolására, ami javíthatja az elektronikus berendezés-rendszerek teljesítményét és segíthet csökkenteni a berendezések súlyát.

Az anyagok, eszközök stb. műszaki problémáinak folyamatos javításával a gyémánt magas hővezető képességű és jó hőleadású hordozóanyaggá vált. Széles körű alkalmazási lehetőségei vannak magasabb hőmérsékletű környezetben. A teljesítménysűrűségű készülékek legjobb félvezető anyaga, hatalmas potenciálja egyre több kutatót vonz, hogy elkötelezze magát. A gyémántban rejlő lehetőségeket fokozatosan fejlesztik, hogy megfeleljenek a jövő félvezetőiparának igényeinek, és helyet foglaljanak el a félvezető elektronikai csomagolóanyagokban.