হীরা/তামার কম্পোজিট - পরবর্তী বড় জিনিস!

১৯৮০ সাল থেকে, ইলেকট্রনিক সার্কিটের ইন্টিগ্রেশন ঘনত্ব বার্ষিক ১.৫× বা তার বেশি হারে বৃদ্ধি পাচ্ছে। উচ্চতর ইন্টিগ্রেশনের ফলে অপারেশন চলাকালীন কারেন্ট ঘনত্ব বৃদ্ধি পায় এবং তাপ উৎপন্ন হয়।যদি দক্ষতার সাথে অপচয় না করা হয়, তাহলে এই তাপ তাপীয় ব্যর্থতা সৃষ্টি করতে পারে এবং ইলেকট্রনিক উপাদানগুলির আয়ুষ্কাল কমিয়ে দিতে পারে।

ক্রমবর্ধমান তাপ ব্যবস্থাপনার চাহিদা মেটাতে, উন্নত তাপ পরিবাহিতা সহ উন্নত ইলেকট্রনিক প্যাকেজিং উপকরণগুলি ব্যাপকভাবে গবেষণা এবং অপ্টিমাইজ করা হচ্ছে।

হীরা/তামার যৌগিক উপাদান

০১ হীরা এবং তামা

ঐতিহ্যবাহী প্যাকেজিং উপকরণের মধ্যে রয়েছে সিরামিক, প্লাস্টিক, ধাতু এবং তাদের সংকর ধাতু। BeO এবং AlN এর মতো সিরামিকগুলি সেমিকন্ডাক্টরের সাথে মিলে যাওয়া CTE, ভালো রাসায়নিক স্থিতিশীলতা এবং মাঝারি তাপ পরিবাহিতা প্রদর্শন করে। তবে, তাদের জটিল প্রক্রিয়াকরণ, উচ্চ খরচ (বিশেষ করে বিষাক্ত BeO), এবং ভঙ্গুরতা প্রয়োগ সীমিত করে। প্লাস্টিক প্যাকেজিং কম খরচ, হালকা ওজন এবং অন্তরণ প্রদান করে কিন্তু দুর্বল তাপ পরিবাহিতা এবং উচ্চ-তাপমাত্রার অস্থিরতার শিকার হয়। বিশুদ্ধ ধাতু (Cu, Ag, Al) উচ্চ তাপ পরিবাহিতা কিন্তু অতিরিক্ত CTE, যখন সংকর ধাতু (Cu-W, Cu-Mo) তাপীয় কর্মক্ষমতাকে ঝুঁকির মুখে ফেলে। অতএব, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এবং সর্বোত্তম CTE ভারসাম্য বজায় রাখার জন্য অভিনব প্যাকেজিং উপকরণগুলি জরুরিভাবে প্রয়োজন।

হীরা, সবচেয়ে কঠিন প্রাকৃতিক উপাদান (মোহস ১০), এরও ব্যতিক্রমী বৈশিষ্ট্য রয়েছেতাপ পরিবাহিতা (২০০–২২০০ ওয়াট/(মি·কে)).

ডায়মন্ড মাইক্রো-পাউডার

তামা, সঙ্গে উচ্চ তাপীয়/বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা (401 ওয়াট/(মি·কে))IC-তে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

এই বৈশিষ্ট্যগুলিকে একত্রিত করে,হীরা/তামা (ডিয়া/কিউ) কম্পোজিট—Cu ম্যাট্রিক্স হিসেবে এবং হীরা শক্তিবৃদ্ধি হিসেবে — পরবর্তী প্রজন্মের তাপ ব্যবস্থাপনা উপকরণ হিসেবে আবির্ভূত হচ্ছে।

০২ মূল তৈরির পদ্ধতি

হীরা/তামা তৈরির সাধারণ পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে: গুঁড়ো ধাতুবিদ্যা, উচ্চ-তাপমাত্রা এবং উচ্চ-চাপ পদ্ধতি, গলিত নিমজ্জন পদ্ধতি, স্রাব প্লাজমা সিন্টারিং পদ্ধতি, ঠান্ডা স্প্রে পদ্ধতি ইত্যাদি।

একক-কণা আকারের হীরা/তামার কম্পোজিটগুলির বিভিন্ন প্রস্তুতি পদ্ধতি, প্রক্রিয়া এবং বৈশিষ্ট্যের তুলনা

সাধারণ দিয়া/কিউ যৌগিক কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে:

(১)পাউডার ধাতুবিদ্যা
মিশ্র হীরা/ঘন পাউডারগুলিকে কম্প্যাক্ট এবং সিন্টার করা হয়। যদিও সাশ্রয়ী এবং সহজ, এই পদ্ধতি সীমিত ঘনত্ব, অসম মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং সীমিত নমুনা মাত্রা প্রদান করে।

Sইন্টারিং ইউনিট

(১)উচ্চ-চাপ উচ্চ-তাপমাত্রা (HPHT)
মাল্টি-অ্যাভিল প্রেস ব্যবহার করে, গলিত Cu চরম পরিস্থিতিতে হীরার জালিতে অনুপ্রবেশ করে, ঘন কম্পোজিট তৈরি করে। তবে, HPHT-এর জন্য ব্যয়বহুল ছাঁচের প্রয়োজন হয় এবং এটি বৃহৎ আকারের উৎপাদনের জন্য অনুপযুক্ত।

Cইউবিক প্রেস

(১)গলিত অনুপ্রবেশ
গলিত ঘনক চাপ-সহায়তা বা কৈশিক-চালিত অনুপ্রবেশের মাধ্যমে হীরার প্রিফর্মগুলিকে প্রবেশ করায়। ফলস্বরূপ কম্পোজিটগুলি 446 W/(m·K) তাপ পরিবাহিতা অর্জন করে।

(২)স্পার্ক প্লাজমা সিন্টারিং (SPS)
স্পন্দিত কারেন্ট চাপের মধ্যে মিশ্র পাউডারগুলিকে দ্রুত সিন্টার করে। যদিও দক্ষ, SPS কর্মক্ষমতা 65% এরও বেশি হীরার ভগ্নাংশে হ্রাস পায়।

ডিসচার্জ প্লাজমা সিন্টারিং সিস্টেমের পরিকল্পিত চিত্র

(৫) কোল্ড স্প্রে জমা
পাউডারগুলিকে ত্বরান্বিত করা হয় এবং সাবস্ট্রেটের উপর জমা করা হয়। এই নবজাতক পদ্ধতিটি পৃষ্ঠের সমাপ্তি নিয়ন্ত্রণ এবং তাপীয় কর্মক্ষমতা যাচাইকরণের ক্ষেত্রে চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়।

০৩ ইন্টারফেস পরিবর্তন

যৌগিক পদার্থ তৈরির জন্য, উপাদানগুলির মধ্যে পারস্পরিক ভেজাকরণ যৌগিক প্রক্রিয়ার জন্য একটি প্রয়োজনীয় পূর্বশর্ত এবং ইন্টারফেস কাঠামো এবং ইন্টারফেস বন্ধনের অবস্থাকে প্রভাবিত করে এমন একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। হীরা এবং ঘনকীয় পদার্থের মধ্যে ইন্টারফেসে অ-ভেজা অবস্থা অত্যন্ত উচ্চ ইন্টারফেস তাপীয় প্রতিরোধের দিকে পরিচালিত করে। অতএব, বিভিন্ন প্রযুক্তিগত উপায়ে উভয়ের মধ্যে ইন্টারফেসের উপর পরিবর্তন গবেষণা পরিচালনা করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। বর্তমানে, হীরা এবং ঘনকীয় পদার্থের মধ্যে ইন্টারফেস সমস্যা উন্নত করার জন্য প্রধানত দুটি পদ্ধতি রয়েছে: (1) হীরার পৃষ্ঠ পরিবর্তন চিকিত্সা; (2) তামার ম্যাট্রিক্সের অ্যালোয়িং চিকিত্সা।

পরিবর্তন পরিকল্পিত চিত্র: (ক) হীরার পৃষ্ঠের উপর সরাসরি প্রলেপ; (খ) ম্যাট্রিক্স অ্যালোয়িং

(১) হীরার পৃষ্ঠ পরিবর্তন

রিইনফোর্সিং ফেজের পৃষ্ঠ স্তরে Mo, Ti, W এবং Cr এর মতো সক্রিয় উপাদানগুলি প্রলেপ দিলে হীরার আন্তঃমুখী বৈশিষ্ট্যগুলি উন্নত হতে পারে, যার ফলে এর তাপ পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়। সিন্টারিং উপরের উপাদানগুলিকে হীরার পাউডারের পৃষ্ঠের কার্বনের সাথে বিক্রিয়া করে একটি কার্বাইড ট্রানজিশন স্তর তৈরি করতে সক্ষম করে। এটি হীরা এবং ধাতব ভিত্তির মধ্যে ভেজা অবস্থাকে অনুকূল করে তোলে এবং আবরণ উচ্চ তাপমাত্রায় হীরার গঠন পরিবর্তন থেকে রোধ করতে পারে।

(2) তামার ম্যাট্রিক্সের সংকরায়ন

উপকরণের যৌগিক প্রক্রিয়াকরণের আগে, ধাতব তামার উপর প্রাক-সংকরকরণ প্রক্রিয়া করা হয়, যা সাধারণত উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সহ যৌগিক পদার্থ তৈরি করতে পারে। তামার ম্যাট্রিক্সে সক্রিয় উপাদানগুলির ডোপিং কেবল হীরা এবং তামার মধ্যে ভেজা কোণকে কার্যকরভাবে হ্রাস করতে পারে না, বরং বিক্রিয়ার পরে হীরা /Cu ইন্টারফেসে তামার ম্যাট্রিক্সে কঠিন দ্রবণীয় কার্বাইড স্তর তৈরি করতে পারে। এইভাবে, উপাদান ইন্টারফেসে বিদ্যমান বেশিরভাগ ফাঁকগুলি পরিবর্তন এবং পূরণ করা হয়, যার ফলে তাপ পরিবাহিতা উন্নত হয়।

04 উপসংহার

উন্নত চিপ থেকে তাপ পরিচালনার ক্ষেত্রে প্রচলিত প্যাকেজিং উপকরণগুলি অক্ষম। টিউনেবল সিটিই এবং অতি উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সহ ডায়া/কিউ কম্পোজিটগুলি পরবর্তী প্রজন্মের ইলেকট্রনিক্সের জন্য একটি রূপান্তরকারী সমাধান উপস্থাপন করে।

শিল্প ও বাণিজ্যকে একীভূতকারী একটি উচ্চ-প্রযুক্তি সংস্থা হিসেবে, XKH হীরা/তামার কম্পোজিট এবং SiC/Al এবং Gr/Cu-এর মতো উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ধাতব ম্যাট্রিক্স কম্পোজিটগুলির গবেষণা, উন্নয়ন এবং উৎপাদনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, যা ইলেকট্রনিক প্যাকেজিং, পাওয়ার মডিউল এবং মহাকাশের ক্ষেত্রে 900W/(m·K) এর বেশি তাপ পরিবাহিতা সহ উদ্ভাবনী তাপ ব্যবস্থাপনা সমাধান প্রদান করে।

এক্সকেএইচ'হীরার তামার আচ্ছাদিত ল্যামিনেট কম্পোজিট উপাদান: