Bahan komposit berlian/tembaga (Cu) untuk konduktivitas termal tinggi dan aplikasi kinerja mekanik yang ditingkatkan

Bahan komposit berlian/tembaga (Cu) untuk konduktivitas termal tinggi dan aplikasi kinerja mekanik yang ditingkatkan

Sejak tahun 1980-an, tingkat integrasi sirkuit dalam komponen elektronik telah meningkat pada tingkat 1,5 kali atau bahkan lebih cepat setiap tahun.Seiring meningkatnya tingkat integrasi sirkuit terpadu, arus meningkat sesuai, menghasilkan lebih banyak panas selama operasi.dapat menyebabkan kerusakan termal pada komponen elektronik dan mengurangi umur layanan merekaOleh karena itu, untuk memenuhi permintaan disipasi panas yang meningkat dari komponen elektronik, bahan kemasan elektronik dengan konduktivitas termal yang tinggi telah terus-menerus diteliti dan dioptimalkan.

Logam murni seperti Cu, Ag, dan Al memiliki konduktivitas termal yang tinggi tetapi tingkat ekspansi termal yang terlalu tinggi.untuk memastikan operasi normal komponen elektronik dan memperpanjang umur mereka, ada kebutuhan mendesak untuk mengembangkan bahan kemasan baru dengan konduktivitas termal yang tinggi dan koefisien ekspansi termal yang tepat.dengan kekerasan Mohs 10, dan juga merupakan salah satu bahan alami dengan konduktivitas termal tertinggi, mencapai 200 sampai 2200 W/(m·K. Menggabungkan sifat termal berlian dan tembaga,Komposisi berlian/tembaga yang menggunakan tembaga sebagai matriks dan berlian sebagai penguat secara luas dianggap sebagai bahan kemasan elektronik konduktivitas panas tinggi masa depan..

Diamond/Copper Composite adalah bahan komposit berkinerja tinggi yang terdiri dari berlian

Metode persiapan umum untuk komposit berlian/tembaga meliputi: metalurgi bubuk, suhu tinggi dan tekanan tinggi, infiltrasi cair, sintering plasma percikan, penyemprotan dingin, dan lain-lain.

(1) Metallurgi bubuk

campurkan partikel berlian denganPada saat proses pencampuran, sejumlah agen pengikat dan pembentuk dapat ditambahkan.Sintering dilakukan untuk mendapatkan komposit berlian/Cu konduktivitas termal tinggiMetallurgi bubuk adalah proses sederhana dengan biaya yang relatif rendah dan merupakan teknik sintering yang relatif matang. Namun, bubuk yang dihasilkan memiliki kepadatan rendah dan struktur mikro internal yang tidak merata.Selain itu, sampel yang disiapkan cenderung terbatas dalam ukuran dan sederhana dalam bentuk, sehingga sulit untuk secara langsung mencapai bahan konduktivitas panas yang lebih baik secara termal.

(2) Suhu dan Tekanan Tinggi

(3) Penembusan

(4) Sintering Plasma Spark (SPS)

(5) Penyemprotan Dingin

Sedimen semprot dingin melibatkan menempatkan dua bubuk campuran ke dalam ruang tungku, di mana setelah peleburan logam dan atomisasi logam cair,partikel disemprotkan dan disimpan pada lempeng substrat untuk mendapatkan bahan komposit.

Strategi yang digunakan untuk mengatasi masalah antarmuka antara berlian dan matriks Cu

Untuk pembuatan bahan komposit, kelembaban saling antara komponen adalah prasyarat yang diperlukan untuk penggabungan yang sukses,dan memainkan peran penting dalam menentukan struktur antarmuka dan negara ikatan. Kelembaban yang buruk antara berlian dan tembaga menyebabkan ketahanan termal permukaan yang tinggi. Oleh karena itu, berbagai pendekatan teknis telah dieksplorasi untuk memodifikasi antarmuka berlian-Cu,yang penting untuk meningkatkan kinerja komposit.

Saat ini, dua strategi utama digunakan untuk mengatasi masalah antarmuka antara berlian dan matriks Cu:

Modifikasi Permukaan Berlian
Pelapisan permukaan partikel berlian dengan unsur aktif seperti Mo, Ti, W, atau Cr dapat secara signifikan meningkatkan karakteristik antarmuka.unsur-unsur ini bereaksi dengan karbon di permukaan berlian untuk membentuk lapisan transisi karbidaSelain itu, lapisan tersebut dapat melindungi struktur berlian dari degradasi pada suhu tinggi.

Paduan dari Matriks Tembaga

Sebelum pengolahan komposit, matriks tembaga dapat didaur ulang dengan elemen aktif.Pengenalan unsur aktif ke matriks tembaga secara efektif mengurangi sudut kontak antara berlian dan tembaga dan mendorong pembentukan lapisan karbida di antarmuka berlian / CuKarbida ini, yang dapat sebagian larut dalam matriks tembaga, membantu mengisi kekosongan antarmuka dan secara signifikan meningkatkan kinerja termal.

Lanskap Pasar dan Tren Pembangunan

Struktur Pasar

Kepemimpinan Internasional:
Pasar kelas atas didominasi oleh pemain internasional seperti AMETEK (AS) dan Sumitomo Electric (Jepang), terutama melayani sektor militer dan aerospace.Heraeus (Jerman) dan Toho Titanium (Jepang) fokus pada substrat manajemen termal untuk elektronik konsumen.

Kemajuan Produksi Dalam Negeri:
Produsen Cina (misalnya, Institut Penelitian Logam, Akademi Ilmu Pengetahuan Cina;Hunan Dingli Technology) telah mencapai produksi massal substrat komposit berlian / Cu 6 inci melalui metode metalurgi bubukPada tahun 2023, perusahaan-perusahaan Cina menguasai 25% dari pangsa pasar domestik.

Ukuran Pasar

Menurut perkiraan QY Research, pasar komposit berlian/Cu global diproyeksikan mencapai USD 1,2 miliar pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan tahunan komposit (CAGR) sebesar 18%.Wilayah Asia-Pasifik diperkirakan menyumbang lebih dari 50% dari permintaan global.

Dalam sektor komunikasi 5G, permintaan untuk modul manajemen termal stasiun pangkalan diperkirakan akan mendorong peningkatan 300% dalam konsumsi bahan komposit pada tahun 2024.

Tren Masa Depan

Terobosan dalam Teknologi Berlian Sintetis:
Biaya berlian pengendapan uap kimia (CVD) diperkirakan akan turun menjadi sepersepuluh dari tingkat saat ini dalam dekade mendatang.

Aplikasi Integrasi Heterogen:
Pengembangan film termal yang sangat tipis dan fleksibel dengan mengkomposisi berlian dengan bahan dua dimensi seperti grafen dan boron nitrida.

Manajemen Termal Cerdas:
Integrasi sensor suhu ke dalam substrat berlian/Cu untuk memungkinkan pemantauan distribusi termal secara real-time dan regulasi termal dinamis.

Tantangan dan Arah Penelitian Masa Depan

Masalah Teknis

Kesulitan dalam mencapai ketahanan termal antar muka yang rendah dan hasil produksi massal yang tinggi secara bersamaan, membatasi penetrasi komposit berlian/Cu ke pasar elektronik konsumen.

Masalah persisten dengan oksidasi antarmuka dan difusi unsur selama layanan suhu tinggi jangka panjang.

Arah Penelitian

Desain antarmuka biomimetik:
Terinspirasi oleh struktur berlapis di alam (misalnya, nacre), strategi distribusi penguatan multi-skala sedang dieksplorasi untuk mengoptimalkan kinerja kopling termo-mekanis.

Proses Produksi Hijau:
Pengembangan proses ramah lingkungan seperti galvanisasi bebas sianida dan sintering suhu rendah untuk mengurangi emisi karbon.

Komposit suhu ultra tinggi:
Penelitian tentang potensi aplikasi komposit berlian/Cu di lingkungan yang melebihi 1000 °C.

Kesimpulan

Berkat konduktivitas termal yang tak tertandingi dan keuntungan mekanik yang komprehensif,Komposit berlian/Cu muncul sebagai bahan kunci untuk perangkat elektronik dengan kepadatan daya tinggi dan aplikasi dalam kondisi ekstremMeskipun menghadapi tantangan dalam pengoptimalan antarmuka dan pengurangan biaya,kemajuan yang sedang berlangsung dalam teknik sintetis dan kedewasaan secara bertahap dari rantai industri membuka jalan untuk adopsi yang lebih luas.

Di masa depan, melalui inovasi interdisipliner yang menggabungkan ilmu material, nanoteknologi,dan kecerdasan buatan, komposit berlian/Cu diharapkan dapat mendorong perangkat elektronik menuju kinerja yang lebih tinggiSelain itu, bahan-bahan ini akan memainkan peran penting dalam meningkatkan efisiensi energi global dan mendukung inisiatif netralitas karbon.

Rekomendasi produk terkait lainnya

Substrat Tembaga Single Crystal Cu Wafer 5x5x0.5/lmm 10x10x0.5/1mm 20x20x0.5/1mm