Dijamantni kompozitni materijali pružaju novo rješenje za problem rasipanja topline poluvodičkih uređaja.

23. siječnja, Element Six, tvrtka visokotehnoloških materijala pod dijamantskim divom Delbisom, najavila je pokretanje bakrenog dijamantnog kompozitnog materijala za disipaciju topline poluvodiča 22. siječnja, osiguravajući novo rješenje za problem disipacije topline poluvodičkih uređaja.

 

Navodi se da kompozitni materijal bakrenog dijamanta koji objavljuje Element Six kombinira dva materijala koji imaju izvrsne performanse u polju disipacije topline: bakar, koji se široko koristi u poluvodičkom disipaciji topline i dijamanta, koji ima izvrsnu toplinsku vodljivost. Kroz jedinstveni postupak, ova se dva materijala savršeno kombiniraju kako bi se postigla ravnoteža između toplinske vodljivosti i koeficijenta toplinske ekspanzije između dviju sirovina, postižući na taj način neviđeni učinak disipacije topline.

Tehnička pozadina i principi

Poluvodički uređaji generiraju veliku količinu topline tijekom rada, a ako se ne raspršuju pravodobno, to može dovesti do smanjenja performansi uređaja, skraćenog životnog vijeka ili čak oštećenja. Iako tradicionalni materijali za raspršivanje topline poput bakra i aluminija imaju određenu toplinsku vodljivost, oni se često bore da se nose s velikim toplinskim opterećenjem visoko-performansi poluvodičkih uređaja. Stoga je posebno važno razviti novu vrstu materijala za raspršivanje topline s većom toplinskom vodljivošću.

 

Kompozitni materijali bakrenog dijamanta rođeni su na temelju ove potražnje. Kombinira bakar, koji se široko koristi u polju disipacije topline poluvodiča, s dijamantom, koji ima izvrsnu toplinsku vodljivost. Kroz jedinstveni postupak, ova se dva materijala savršeno kombiniraju kako bi se postigla ravnoteža između toplinske vodljivosti i koeficijenta toplinske ekspanzije između dviju sirovina, postižući na taj način neviđeni učinak disipacije topline. Toplinska vodljivost ovog materijala mnogo je veća od čistog bakra, što može učinkovito smanjiti radnu temperaturu uređaja za poluvodičke uređaje i poboljšati njihove performanse i pouzdanost.

 

Tehničke značajke i prednosti

1. Visoka toplinska vodljivost:

Toplinska vodljivost kompozitnih materijala bakrenog dijamanta daleko premašuje čistog bakra, a čak može doseći i preko 1000 w/m • K. Ova karakteristika omogućuje mu da u vrlo kratkom vremenskom razdoblju brzo rasipa toplinu koju generiraju poluvodički uređaji, a time i održava na taj način održavanje stabilan rad uređaja.

 

2. Nizak koeficijent toplinske ekspanzije: Diamond ima nizak koeficijent toplinske ekspanzije, što veličinu mijenja kompozitne materijale bakrenih dijamanata manjim kada se temperatura promijeni, što pogoduje poboljšanju stabilnosti i pouzdanosti opreme.

 

3. Izvrsna mehanička svojstva: visoka tvrdoća i čvrstoća dijamantskih bakrenih dijamantnih kompozitnih materijala s izvrsnim mehaničkim svojstvima kao što su otpornost na habanje i otpornost na udarce, omogućujući im da održavaju stabilne performanse u teškim radnim okruženjima.

 

4. Dobra performansi obrade: Kompozitni materijali bakrenog dijamanta pripremljeni jedinstvenim procesima imaju dobre performanse obrade i mogu se lako obraditi u različite oblike i veličine uređaja za raspršivanje topline.

 

Polja i izgledi za prijavu

Kompozitni materijali bakrenog dijamanta imaju široke izglede za aplikaciju u više polja zbog izvrsnih performansi:

 

1. Računarstvo visokih performansi (HPC)/AI čipovi: s brzim razvojem umjetne inteligencije i tehnologije velikih podataka, potražnja za računalnim čipovima visokih performansi iz dana u dan raste. Visoka toplinska vodljivost kompozitnih materijala bakrenih dijamanata čini ih idealnim materijalom za raspršivanje topline za ove čips.

 

2. RF pojačalo napajanja: RF pojačala snage imaju širok raspon primjena u bežičnoj komunikaciji, radaru i drugim poljima. Zbog visoke radne frekvencije i velike snage, problem rasipanja topline je posebno istaknut. Kompozitni materijali bakrenog dijamanta mogu učinkovito riješiti ovaj problem i poboljšati performanse i pouzdanost RF pojačala.

 

3. Pretvaranje napajanja: pretvarači snage igraju važnu ulogu u elektroničkim sustavima napajanja. Kvaliteta njegove performanse raspršivanja topline izravno utječe na stabilnost i učinkovitost cijelog sustava. Primjena kompozitnih materijala bakrenih dijamanata pomoći će poboljšati performanse raspršivanja topline pretvarača snage, povećavajući na taj način ukupne performanse sustava.

 

4. Poluvodički laseri velike snage: Laseri poluvodiča velike snage imaju širok raspon primjena u medicinskim, znanstvenim istraživanjima, industrijskim i drugim područjima. Problem s rasipanjem topline uvijek je bio jedan od ključnih čimbenika koji ograničava poboljšanje performansi. Očekuje se da će primjena bakrenih dijamantnih kompozitnih materijala riješiti ovaj problem i promovirati razvoj lasera poluvodiča visoke snage.

 

Metode i izazovi pripreme

Postoje različite metode pripreme za kompozitne materijale s bakrenim dijamantima, uključujući metodu dvostrukog premaza, metodu metalurgije u prahu, metodu infiltracije otopine, metodu proizvodnje ultrazvučnog aditiva, metodu elektropleta, visoko temperature i metodu visokog tlaka, metodu sinteriranja u plazmi itd. Međutim, ove metode pripreme Svi se suočavaju s određenim izazovima, poput neravne raspodjele dijamantskih čestica i niske čvrstoće međufacijalne veze. Stoga je kako optimizirati postupak pripreme i poboljšati performanse kompozitnih materijala jedno od trenutnih fokusiranja istraživanja.

Budući izgledi

 

S kontinuiranim razvojem tehnologije, potražnja za poluvodičkim uređajima s visokim performansama nastavit će se povećavati, a zahtjevi za materijale za raspršivanje topline također će postati sve veći. Bakreni dijamantni kompozitni materijal, kao nova vrsta kompozitnog materijala s visokom toplinskom vodljivošću, ima široke izglede za primjenu i ogroman razvojni potencijal u području disipacije topline poluvodiča, a postat će važan razvojni smjer u budućem polja za raspršivanje topline poluvodiča. U međuvremenu, s kontinuiranom optimizacijom procesa pripreme i smanjenjem troškova, očekuje se da će se bakreni dijamantni kompozitni materijali primijeniti u više polja, što više doprinosi ljudskom tehnološkom napretku i poboljšanju kvalitete života.