С продолжающимся развитием микроэлектроники и технологий связи 5G электронные компоненты движутся в сторону миниатюризации и более высокой плотности интеграции. Традиционные электронные упаковочные материалы-обладают низкой теплопроводностью, низкой эффективностью рассеивания тепла и относительно высокими коэффициентами теплового расширения-могут вызывать перегрев в высокоскоростных-электронных устройствах, что приводит к повреждению или даже выходу из строя и, таким образом, не могут соответствовать требованиям высокопроизводительных-интегральных схем.
Алмаз обладает превосходными термодинамическими, структурными и электронными свойствами, а его теплопроводность превышает 2000 Вт/(м·К), что делает его идеальным-материалом для отвода тепла. Медь, с другой стороны, обеспечивает превосходную обрабатываемость и теплопроводность. Сочетание этих двух материалов позволяет получить композиты алмаз/медь с низкой плотностью, высокой теплопроводностью и настраиваемыми коэффициентами теплового расширения, что делает их одним из наиболее привлекательных материалов для терморегулирования.
В настоящее время существует множество методов получения композитов алмаз/медь, таких как порошковая металлургия, пропитка и аддитивное производство. Среди них порошковая металлургия стала одним из наиболее часто используемых подходов благодаря простому способу обработки и превосходным свойствам получаемых композитов. В этом методе медный порошок и алмазные частицы равномерно смешиваются с помощью шаровой мельницы или другим способом, а затем консолидируются путем спекания для получения композитов с однородной микроструктурой.
Обычно используемые методы спекания включают спекание при горячем-прессовании в вакууме, спекание при быстром горячем-прессовании и искровое плазменное спекание.
Спекание горячим-прессованием в вакууме:
Металлизированные алмазные частицы смешиваются с медным порошком, а затем спекаются в вакууме под приложенным давлением и температурой (твердое-или жидкофазное-спекание).
Преимущества: отработанная технология, широкодоступное оборудование.
Недостатки: высокая температура спекания (900–1000 градусов), риск графитизации алмаза.
Быстрое спекание-горячим прессованием:
Внешний источник тепла быстро нагревает матрицу и порошок при приложении одноосного давления, что обеспечивает быстрое уплотнение.
Преимущества: (1) короткое время спекания, что значительно снижает воздействие высоких температур на алмаз и эффективно подавляет графитацию; (2) высокая относительная плотность, достигающая более 95 % и приближающаяся к теоретической плотности; (3) низкая стоимость и простая конструкция оборудования; (4) гибкая регулировка температуры спекания, давления и времени выдержки, подходящая для оптимизации процесса.
Недостатки: (1) внешний нагрев вызывает температурный градиент на краях матрицы; (2) размер выборки ограничен размерами матрицы.
Искрово-плазменное спекание:
Импульсный электрический ток генерирует искровую плазму между частицами порошка, обеспечивая быстрый нагрев и спекание.
Преимущества: высокая скорость нагрева, короткое время спекания, снижение чрезмерных межфазных реакций.
Недостатки: дорогое оборудование, ограниченный размер выборки.
Практическая реализация этих процессов спекания зависит от использования высоко-оборудования для спекания.