Применение алмаза в новых подложках для электронных корпусов

Современная технология микроэлектроники развивается быстрыми темпами, а электронные системы и оборудование развиваются в направлении масштабной интеграции, миниатюризации, высокой эффективности и высокой надежности. Увеличение интеграции электронных систем приведет к увеличению удельной мощности, а также к увеличению тепла, выделяемого электронными компонентами, и общей работы системы. Следовательно, эффективная упаковка должна решить проблему рассеивания тепла электронных систем.

Хорошее рассеивание тепла устройством зависит от оптимизированной конструкции рассеивающей тепло конструкции, выбора упаковочного материала (материала теплового интерфейса и подложки для рассеивания тепла) и производственного процесса упаковки. Среди них выбор материала подложки является ключевым звеном, которое напрямую влияет на стоимость, производительность и надежность устройства. Вообще говоря, при применении электронных упаковочных материалов необходимо учитывать два основных требования к характеристикам. Во-первых, высокая теплопроводность для достижения быстрой теплопередачи и обеспечения стабильной работы чипа в идеальных температурных условиях; в то же время упаковочный материал должен быть надежным. Регулируемый коэффициент теплового расширения, чтобы соответствовать чипу и всем уровням упаковочных материалов, а также уменьшить неблагоприятное воздействие теплового стресса. Путь развития электронных упаковочных материалов заключается в постоянном улучшении и оптимизации этих двух свойств.

 

Конечно, новые материалы подложки упаковки также должны учитывать другие свойства, такие как высокое удельное сопротивление, низкая диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, хорошее термическое согласование с кремнием и арсенидом галлия, высокая плоскостность поверхности, хорошие механические свойства, простота промышленного производства и другие характеристики. , поэтому выбор новых материалов для подложек упаковки является горячей точкой для исследований и разработок в разных странах. В настоящее время несколько широко используемых упаковочных материалов включают керамику Al2O3, керамику SiC, AlN и другие материалы.

 

Еще в 1929 году немецкая компания Siemens успешно разработала керамику Al2O3, но коэффициент теплового расширения и диэлектрическая проницаемость Al2O3 выше, чем у монокристаллов Si, а теплопроводность недостаточно высока, поэтому керамические подложки Al2O3 не подходят для высоких температур. частота, большая мощность, используемая в СБИС.

 

Вслед за этим на рынок постепенно вышли материалы с керамической подложкой с высокой теплопроводностью SiC, AlN, SI3N4 и алмаз.

Теплопроводность керамики SiC очень высока, и чем выше чистота кристаллизации SiC, тем выше теплопроводность; Самый большой недостаток SiC заключается в том, что диэлектрическая проницаемость слишком высока, а диэлектрическая прочность низка, поэтому он ограничивает его высокочастотные применения и подходит только для упаковки с низкой плотностью.

 

Материал AlN обладает превосходными диэлектрическими свойствами и стабильными химическими свойствами, особенно его коэффициент теплового расширения соответствует коэффициенту кремния, поэтому его можно использовать в качестве материала подложки для полупроводниковой упаковки с большими перспективами развития. Однако теплопроводность низкая, а поскольку требования к рассеиванию тепла для корпусов полупроводников все выше и выше, материалы AlN также имеют определенное узкое место в разработке.

 

В итоге выделился бриллиант. Алмаз обладает очень хорошими комплексными теплофизическими свойствами. Его теплопроводность при комнатной температуре составляет {{0}} Вт/(м·К), а коэффициент теплового расширения составляет 0,8×10-6/К. У него большой потенциал в полупроводниках, оптике и т. д. У него много превосходных свойств, но один алмаз нелегко превратить в упаковочный материал, а стоимость высока.

 

Согласно правилу смешивания, ожидается, что композит алмаз/металлическая матрица, полученный путем добавления алмазных частиц в матрицу из серебра, меди, алюминия и других металлов с высокой теплопроводностью, станет новым типом электронного упаковочного материала с низким коэффициентом теплового расширения и высокой теплопроводностью. проводимость. Основываясь на превосходной электропроводности и высокой теплопроводности меди, композитный материал алмаз/медь был разработан в качестве материала подложки для электронных корпусов, и было подтверждено, что композитный материал алмаз/медь имеет хорошее покрытие и способность к пайке, что соответствует электронным требованиям. материалы подложки упаковки требуют низкого коэффициента теплового расширения и высокой теплопроводности, а по сравнению со сплавами Mo/Cu они имеют меньшую плотность и меньший вес.

 

Таким образом, алмазно-медные композиты с алмазом в качестве армирующей фазы и медью в качестве матричного материала. Материалы могут использоваться для упаковки микросхем, что может повысить производительность систем электронного оборудования и помочь снизить вес оборудования.

С постоянным улучшением технических проблем в материалах, устройствах и т. Д. Алмаз стал материалом подложки с высокой теплопроводностью и хорошим рассеиванием тепла. Он имеет широкие перспективы применения в условиях более высоких температур. Лучший полупроводниковый материал для устройств плотности мощности, его огромный потенциал привлекает все больше и больше исследователей, которые посвящают себя ему. Потенциал алмаза будет постепенно развиваться, чтобы удовлетворить потребности будущей полупроводниковой промышленности и занять место в полупроводниковых электронных упаковочных материалах.