Penggunaan Berlian dalam Substrat Pembungkusan Elektronik Baharu

Teknologi mikroelektronik moden berkembang pesat, dan sistem dan peralatan elektronik berkembang ke arah penyepaduan berskala besar, pengecilan, kecekapan tinggi dan kebolehpercayaan yang tinggi. Peningkatan dalam penyepaduan sistem elektronik akan membawa kepada peningkatan ketumpatan kuasa, serta peningkatan haba yang dihasilkan oleh komponen elektronik dan operasi keseluruhan sistem. Oleh itu, pembungkusan yang berkesan mesti menyelesaikan masalah pelesapan haba sistem elektronik.

Pelesapan haba peranti yang baik bergantung pada reka bentuk struktur pelesapan haba yang dioptimumkan, pemilihan bahan pembungkusan (bahan antara muka haba dan substrat pelesapan haba), dan proses pembuatan pembungkusan. Antaranya, pemilihan bahan substrat adalah pautan utama, yang secara langsung mempengaruhi kos, prestasi dan kebolehpercayaan peranti. Secara umumnya, penggunaan bahan pembungkusan elektronik perlu mempertimbangkan dua keperluan prestasi asas. Yang pertama ialah kekonduksian terma yang tinggi untuk mencapai pemindahan haba yang cepat dan memastikan bahawa cip boleh berfungsi dengan stabil di bawah keadaan suhu yang ideal; pada masa yang sama, bahan pembungkusan perlu boleh dipercayai. Pekali pengembangan terma boleh laras, supaya sentiasa sepadan dengan cip dan semua peringkat bahan pembungkusan, dan mengurangkan kesan buruk tekanan haba. Landasan pembangunan bahan pembungkusan elektronik ialah penambahbaikan dan pengoptimuman berterusan kedua-dua sifat ini.

 

Sudah tentu, bahan substrat pembungkusan baru juga perlu mempertimbangkan sifat-sifat lain, seperti kerintangan tinggi, pemalar dielektrik rendah, kehilangan dielektrik, pemadanan haba yang baik dengan silikon dan galium arsenide, kerataan permukaan yang tinggi, sifat mekanikal yang baik dan Kemudahan pengeluaran perindustrian dan ciri-ciri lain. , jadi pemilihan bahan substrat pembungkusan baharu adalah tempat yang hangat untuk penyelidikan dan pembangunan di pelbagai negara. Pada masa ini, beberapa substrat pembungkusan yang biasa digunakan termasuk seramik Al2O3, seramik SiC, AlN dan bahan lain.

 

Seawal tahun 1929, syarikat Siemens Jerman berjaya membangunkan seramik Al2O3, tetapi pekali pengembangan haba dan pemalar dielektrik Al2O3 adalah lebih tinggi daripada kristal tunggal Si, dan kekonduksian haba tidak cukup tinggi, jadi substrat seramik Al2O3 tidak sesuai untuk tinggi. frekuensi, Kuasa besar, digunakan dalam VLSI.

 

Berikutan itu, bahan substrat seramik kekonduksian terma yang tinggi SiC, AlN, SI3N4, dan berlian secara beransur-ansur memasuki pasaran.

Kekonduksian terma seramik SiC adalah sangat tinggi, dan semakin tinggi ketulenan penghabluran SiC, semakin tinggi kekonduksian terma; kelemahan terbesar SiC ialah pemalar dielektrik terlalu tinggi dan kekuatan dielektriknya rendah, jadi ia mengehadkan aplikasi frekuensi tingginya dan hanya sesuai untuk pembungkusan berketumpatan rendah.

 

Bahan AlN mempunyai sifat dielektrik yang sangat baik dan sifat kimia yang stabil, terutamanya pekali pengembangan habanya sepadan dengan silikon, supaya ia boleh digunakan sebagai bahan substrat pembungkus semikonduktor dengan prospek pembangunan yang hebat. Walau bagaimanapun, kekonduksian haba adalah rendah, dan kerana pembungkusan semikonduktor mempunyai keperluan yang lebih tinggi dan lebih tinggi untuk pelesapan haba, bahan AlN juga mempunyai kesesakan pembangunan tertentu.

 

Pada akhirnya, berlian menonjol. Berlian mempunyai sifat termofizik komprehensif yang sangat baik. Kekonduksian termanya pada suhu bilik ialah {{0}}W/(m·K), dan pekali pengembangan habanya ialah 0.8×10-6/K. Ia mempunyai potensi besar dalam semikonduktor, optik, dan lain-lain. Banyak sifat yang sangat baik, tetapi berlian tunggal tidak mudah untuk dijadikan bahan pembungkusan, dan kosnya tinggi.

 

Mengikut peraturan pencampuran, komposit matriks berlian/logam yang disediakan dengan menambahkan zarah berlian ke dalam Ag, Cu, Al dan matriks logam kekonduksian terma tinggi yang lain dijangka menjadi jenis bahan pembungkus elektronik baharu dengan kedua-dua pekali pengembangan haba rendah dan terma tinggi. kekonduksian. Berdasarkan kekonduksian elektrik yang sangat baik dan kekonduksian haba tembaga yang tinggi, bahan komposit berlian/tembaga telah dibangunkan sebagai bahan substrat untuk pembungkusan elektronik, dan telah disahkan bahawa bahan komposit berlian/kuprum mempunyai penyaduran dan kebolehmaterian yang baik, yang memenuhi keperluan Elektronik. bahan substrat pembungkusan memerlukan pekali pengembangan haba yang rendah dan kekonduksian terma yang tinggi, dan berbanding dengan aloi Mo/Cu, ia mempunyai ketumpatan yang lebih rendah dan berat yang lebih ringan.

 

Oleh itu, komposit berlian/tembaga dengan berlian sebagai fasa pengukuhan dan tembaga sebagai bahan matriks Bahan boleh digunakan untuk pembungkusan cip, yang boleh meningkatkan prestasi sistem peralatan elektronik dan membantu mengurangkan berat peralatan.

Dengan peningkatan berterusan masalah teknikal dalam bahan, peranti, dsb., berlian telah menjadi bahan substrat dengan kekonduksian terma yang tinggi dan pelesapan haba yang baik. Ia mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam persekitaran suhu yang lebih tinggi. Bahan semikonduktor terbaik untuk peranti ketumpatan kuasa, potensinya yang besar menarik lebih ramai penyelidik untuk menumpukan diri mereka kepadanya. Potensi berlian akan dibangunkan secara beransur-ansur untuk memenuhi keperluan industri semikonduktor masa depan dan menduduki tempat dalam bahan pembungkus elektronik semikonduktor.