उच्च थर्मल चालकता और उन्नत यांत्रिक प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए हीरा/कापर (Cu) मिश्रित सामग्री

उच्च थर्मल चालकता और उन्नत यांत्रिक प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए हीरा/कापर (Cu) मिश्रित सामग्री

1980 के दशक के बाद से, इलेक्ट्रॉनिक घटकों के भीतर सर्किटों का एकीकरण स्तर प्रति वर्ष 1.5 गुना या उससे भी अधिक तेजी से बढ़ रहा है।जैसे-जैसे एकीकृत सर्किटों का एकीकरण स्तर बढ़ता है, वर्तमान इसी प्रकार बढ़ता है, ऑपरेशन के दौरान अधिक गर्मी उत्पन्न करता है।यह इलेक्ट्रॉनिक घटकों को थर्मल क्षति का कारण बन सकता है और उनकी सेवा जीवन को कम कर सकता हैइसलिए, इलेक्ट्रॉनिक घटकों की बढ़ती गर्मी अपव्यय मांगों को पूरा करने के लिए, उच्च थर्मल चालकता वाली इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सामग्री पर लगातार शोध और अनुकूलन किया गया है।

शुद्ध धातुओं जैसे क्यू, एजी, और अल में उच्च थर्मल चालकता है लेकिन अत्यधिक उच्च थर्मल विस्तार दरें हैं। मिश्र धातु सामग्री जैसे क्यू-डब्ल्यू और क्यू-मो में कम थर्मल चालकता है। इसलिए,इलेक्ट्रॉनिक घटकों के सामान्य संचालन को सुनिश्चित करने और उनके जीवनकाल को बढ़ाने के लिए, उच्च थर्मल चालकता और उपयुक्त थर्मल विस्तार गुणांक वाली नई पैकेजिंग सामग्री विकसित करने की तत्काल आवश्यकता है।मोहस कठोरता 10 के साथ, और यह भी उच्चतम थर्मल चालकता के साथ प्राकृतिक सामग्रियों में से एक है, 200 से 2200 W/ (((m·K तक पहुंचता है।हीरा/कापर कम्पोजिटों को मैट्रिक्स के रूप में तांबा और सुदृढीकरण के रूप में हीरा का उपयोग करते हुए भविष्य की मुख्यधारा के उच्च थर्मल चालकता वाले इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग सामग्री के रूप में व्यापक रूप से माना जाता है।.

डायमंड/कॉपर कम्पोजिट हीरे से बनी एक उच्च प्रदर्शन वाली कम्पोजिट सामग्री है

हीरे/कापर कम्पोजिट के लिए सामान्य तैयारी विधियों में शामिल हैंः पाउडर धातु विज्ञान, उच्च तापमान और उच्च दबाव, पिघलने के घुसपैठ, चिंगारी प्लाज्मा सिंटरिंग, ठंडे छिड़काव, और अन्य।

(1) पाउडर धातु विज्ञान

हीरे के कणों को मिलाकरमिश्रण प्रक्रिया के दौरान, एक निश्चित मात्रा में बांधनेवाला पदार्थ और बनाने वाले एजेंट जोड़े जा सकते हैं। मिश्रित पाउडर और additives को आकार में दबाने के बाद,उच्च थर्मल चालकता वाले हीरा/क्यू कम्पोजिट प्राप्त करने के लिए सिंटरिंग की जाती हैपाउडर धातु विज्ञान अपेक्षाकृत कम लागत के साथ एक सरल प्रक्रिया है और अपेक्षाकृत परिपक्व सिंटरिंग तकनीक है। हालांकि, परिणामी पाउडर में कम घनत्व और असमान आंतरिक सूक्ष्म संरचना होती है।अतिरिक्त, तैयार किए गए नमूनों का आकार सीमित और आकार सरल होता है, जिससे थर्मल रूप से बेहतर ताप प्रवाह सामग्री प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है।

(2) उच्च तापमान और उच्च दबाव

(3) पिघलने का प्रवेश

(4) स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग (एसपीएस)

(5) ठंडा छिड़काव

शीत छिड़काव जमाव में दो मिश्रित पाउडरों को एक भट्ठी कक्ष में रखना शामिल है, जहां धातु के पिघलने और तरल धातु के परमाणुकरण के बाद,कणों को छिड़का जाता है और मिश्रित सामग्री प्राप्त करने के लिए एक सब्सट्रेट प्लेट पर जमा किया जाता है.

हीरे और क्यू मैट्रिक्स के बीच अंतरफलक के मुद्दों को हल करने के लिए रणनीतियों का उपयोग किया जाता है

कम्पोजिट सामग्री के निर्माण के लिए, सफल कंपोजिंग के लिए घटकों के बीच पारस्परिक गीलापन एक आवश्यक शर्त है।और यह इंटरफेस संरचना और बंधन राज्य निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है. हीरे और तांबे के बीच खराब गीलापन के कारण उच्च अंतरफलक थर्मल प्रतिरोध होता है। इसलिए हीरे-क्यू इंटरफेस को संशोधित करने के लिए विभिन्न तकनीकी दृष्टिकोणों की खोज की गई है,जो कम्पोजिट के प्रदर्शन में सुधार के लिए महत्वपूर्ण है.

वर्तमान में हीरे और क्यू मैट्रिक्स के बीच अंतरफलक के मुद्दों को हल करने के लिए दो मुख्य रणनीतियों का उपयोग किया जाता हैः

हीरे की सतह में परिवर्तन
हीरे के कणों की सतह को सक्रिय तत्वों जैसे मो, टीआई, डब्ल्यू या सीआर के साथ कोटिंग करने से अंतरफलक विशेषताओं में काफी सुधार हो सकता है।ये तत्व कार्बाइड संक्रमण परत बनाने के लिए हीरे की सतह पर कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करते हैंइसके अलावा, इस तरह के कोटिंग्स उच्च तापमान पर हीरे की संरचना को अपघटन से बचा सकते हैं।

तांबा मैट्रिक्स का मिश्रण

कम्पोजिट प्रसंस्करण से पहले, तांबे की मैट्रिक्स को सक्रिय तत्वों के साथ पूर्व-मिश्रित किया जा सकता है। यह पूर्व-मिश्रण दृष्टिकोण सामान्य रूप से उच्च थर्मल चालकता वाले मिश्रितों का उत्पादन करता है।तांबे के मैट्रिक्स में सक्रिय तत्वों की शुरूआत प्रभावी रूप से हीरे और तांबे के बीच संपर्क कोण को कम करती है और हीरे/क्यू इंटरफेस पर कार्बाइड परत के गठन को बढ़ावा देती हैये कार्बाइड, जो तांबे के मैट्रिक्स में आंशिक रूप से घुलनशील हो सकते हैं, इंटरफेस रिक्तियों को भरने में मदद करते हैं और थर्मल प्रदर्शन में काफी सुधार करते हैं।

बाजार परिदृश्य और विकास के रुझान

बाजार संरचना

अंतर्राष्ट्रीय नेतृत्व:
हाई-एंड बाजारों पर अंतरराष्ट्रीय खिलाड़ी जैसे कि एमेटेक (यूएसए) और सुमितोमो इलेक्ट्रिक (जापान) का प्रभुत्व है, जो मुख्य रूप से सैन्य और एयरोस्पेस क्षेत्रों की सेवा करते हैं।हेरायस (जर्मनी) और टोहो टाइटेनियम (जापान) उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए थर्मल प्रबंधन सब्सट्रेट पर ध्यान केंद्रित करते हैं.

घरेलू उत्पादन में प्रगति:
चीनी निर्माता (जैसे, धातु अनुसंधान संस्थान, चीनी विज्ञान अकादमी;हुनान डिंगली टेक्नोलॉजी) ने पाउडर धातु विज्ञान विधियों के माध्यम से 6-इंच के हीरे/क्यू कम्पोजिट सब्सट्रेट का बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त किया है2023 तक, चीनी कंपनियों ने घरेलू बाजार में 25% हिस्सेदारी हासिल कर ली है।

बाजार का आकार

क्यूवाई रिसर्च के एक पूर्वानुमान के अनुसार, 2025 तक वैश्विक हीरा/क्यू कम्पोजिट बाजार में 18 प्रतिशत की संयुग्मित वार्षिक वृद्धि दर (सीएजीआर) के साथ 1.2 बिलियन अमरीकी डालर तक पहुंचने का अनुमान है।एशिया-प्रशांत क्षेत्र में वैश्विक मांग का 50% से अधिक हिस्सा रहने की उम्मीद है।.

5जी संचार क्षेत्र में बेस स्टेशन थर्मल मैनेजमेंट मॉड्यूल की मांग से 2024 तक कम्पोजिट सामग्री की खपत में 300% की वृद्धि होने की उम्मीद है।

भविष्य के रुझान

सिंथेटिक हीरे की प्रौद्योगिकियों में सफलताः
अगले एक दशक के भीतर रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) हीरे की लागत वर्तमान स्तर के दसवें हिस्से तक गिरने की उम्मीद है।

विभेदक एकीकरण अनुप्रयोगः
ग्राफीन और बोरॉन नाइट्राइड जैसी दो आयामी सामग्री के साथ हीरे को मिलाकर अति पतली, लचीली थर्मल फिल्मों का विकास।

स्मार्ट थर्मल प्रबंधन:
वास्तविक समय में थर्मल वितरण निगरानी और गतिशील थर्मल विनियमन को सक्षम करने के लिए हीरा/क्यू सब्सट्रेट में तापमान सेंसरों का एकीकरण।

चुनौतियां और भविष्य के शोध दिशाएं

तकनीकी बाधाएं

एक ही समय में कम थर्मल प्रतिरोध और बड़े पैमाने पर उत्पादन की उच्च उपज प्राप्त करने में कठिनाई, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स बाजारों में हीरे/क्यू कम्पोजिट के प्रवेश को सीमित करती है।

दीर्घकालिक उच्च तापमान सेवा के दौरान इंटरफ़ेस ऑक्सीकरण और तत्व प्रसार के साथ लगातार समस्याएं।

अनुसंधान दिशाएँ

बायोमिमेटिक इंटरफेस डिजाइनः
प्रकृति में स्तरित संरचनाओं (जैसे, नाकर) से प्रेरित होकर, थर्मो-मैकेनिकल युग्मन प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए बहु-स्केल सुदृढीकरण वितरण रणनीतियों की खोज की जा रही है।

ग्रीन मैन्युफैक्चरिंग प्रोसेस:
कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए साइनाइड मुक्त इलेक्ट्रोप्लेटिंग और कम तापमान वाले सिंटरिंग जैसी पर्यावरण के अनुकूल प्रक्रियाओं का विकास।

अल्ट्रा-हाई-टेम्परेचर कम्पोजिट:
1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक के वातावरण में हीरा/क्यू कम्पोजिट की अनुप्रयोग क्षमता की जांच।

निष्कर्ष

उनके अद्वितीय ताप चालकता और व्यापक यांत्रिक लाभों के लिए धन्यवाद,डायमंड/क्यू कम्पोजिट चरम परिस्थितियों में उच्च शक्ति घनत्व वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और अनुप्रयोगों के लिए प्रमुख सामग्री के रूप में उभर रहे हैंइंटरफेस अनुकूलन और लागत में कमी में चुनौतियों के बावजूद,सिंथेटिक तकनीकों में चल रही प्रगति और उद्योग श्रृंखला की क्रमिक परिपक्वता व्यापक स्वीकृति के लिए मार्ग प्रशस्त कर रही है.

भविष्य में, सामग्री विज्ञान, नैनोटेक्नोलॉजी,और कृत्रिम बुद्धिमत्ता ⇒ हीरा/क्यू कम्पोजिट से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को उच्च प्रदर्शन की ओर ले जाने की उम्मीद हैइसके अलावा, ये सामग्री वैश्विक ऊर्जा दक्षता बढ़ाने और कार्बन तटस्थता पहल का समर्थन करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगी।

अन्य संबंधित उत्पाद सिफारिशें

कॉपर सब्सट्रेट सिंगल क्रिस्टल क्यू वेफर 5x5x0.5/lmm 10x10x0.5/1mm 20x20x0.5/1mm