วัสดุประกอบเพชร/ทองแดง (Cu) สําหรับการนําไฟฟ้าสูงและการนําไฟฟ้าที่มีผลการทํางานที่ดีขึ้น

วัสดุประกอบเพชร/ทองแดง (Cu) สําหรับการนําไฟฟ้าสูงและการนําไฟฟ้าที่มีผลการทํางานที่ดีขึ้น

ตั้งแต่ปี 1980 ระดับการบูรณาการของวงจรภายในองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ได้เพิ่มขึ้นในอัตรา 1.5 เท่าหรือแม้แต่เร็วขึ้นต่อปีเมื่อระดับการบูรณาการของวงจรบูรณาการเพิ่มขึ้น, กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นตามที่เหมาะสม, สร้างความร้อนมากขึ้นระหว่างการทํางาน.มันอาจทําให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกิดความเสียหายทางความร้อน และลดอายุการใช้งานของมันฉะนั้น เพื่อตอบสนองความต้องการในการระบายความร้อนที่เพิ่มขึ้นขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุบรรจุอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความสามารถในการนําความร้อนสูงถูกวิจัยและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

โลหะบริสุทธิ์เช่น Cu, Ag, และ Al มีความสามารถในการนําไฟได้สูง แต่มีอัตราการขยายไฟที่สูงเกินไป วัสดุสับสนธ์เช่น Cu-W และ Cu-Mo มีความสามารถในการนําไฟต่ํากว่าเพื่อให้ประกันการทํางานปกติขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ และขยายอายุการใช้งาน, มีความจําเป็นอย่างเร่งด่วนในการพัฒนาวัสดุบรรจุใหม่ที่มีความสามารถในการนําแสงสูงและสัมพันธ์การขยายความร้อนที่เหมาะสมมีความแข็งแรงของมอห์ส 10, และยังเป็นหนึ่งในวัสดุธรรมชาติที่มีความสามารถในการนําไฟที่สูงที่สุด, ถึง 200 ถึง 2200 W / (((m·K)วัสดุประกอบเพชร/ทองแดงที่ใช้ทองแดงเป็นเมทริกซ์และเพชรเป็นการเสริมทองแดง.

Diamond/Copper Composite เป็นวัสดุประกอบที่มีประสิทธิภาพสูงประกอบด้วยเพชร

วิธีการเตรียมของเพชร/ทองแดงประกอบทั่วไปประกอบด้วย: โรงงานโลหะปูน อุณหภูมิสูงและความดันสูง, การเจาะหลอมหลอม, การซินเทอร์พลาสมาสการ์, การฉีดเย็น, และอื่น ๆ.

(1) โรงงานโลหะแป้ง

ผสมอนุภาคเพชรกับภายในกระบวนการผสมผสาน สามารถเพิ่มปริมาณของสารผูกและสารประกอบได้การซินเตอร์จะดําเนินการเพื่อได้รับเพชร/Cu สารประกอบที่มีความสามารถในการนําไฟสูงการทําโลหะสับเป็นกระบวนการที่เรียบง่ายและมีค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างต่ํา และเป็นเทคนิคการซินเตอร์ที่ค่อนข้างวัยรุ่น อย่างไรก็ตาม สับที่เกิดขึ้นมีความหนาแน่นต่ําและโครงสร้างจุลภายในไม่เท่าเทียมกันนอกจากนี้, ตัวอย่างที่ได้รับการจัดทํามักจะมีขนาดจํากัดและรูปทรงเรียบง่าย ทําให้ยากที่จะได้รับโดยตรงวัสดุการนําความร้อนที่ดีกว่า

(2) อุณหภูมิสูง และ ความดันสูง

(3) การละลาย

(4) การซินเตอร์พลาสมาด้วยสปาร์ค (SPS)

(5) การฉีดน้ําเย็น

การพ่นน้ําเย็นคือการวางขยะผสมสองตัวในห้องเตาส่วนละอองถูกฉีดและฝากบนแผ่นพื้นฐานเพื่อได้รับวัสดุประกอบ.

มีกลยุทธ์ที่ใช้ในการแก้ไขปัญหาการเชื่อมต่อระหว่างเพชรและเมทริกซ์ Cu

สําหรับการผลิตวัสดุประกอบ ความสามารถในการเปียกกันระหว่างส่วนประกอบเป็นข้อจําเป็นสําหรับการผสมผสานที่ประสบความสําเร็จและมันมีบทบาทสําคัญในการกําหนดโครงสร้างผิวหน้าและภาวะการผูกพัน. ความชื้นที่ไม่ดีระหว่างเพชรและทองแดงส่งผลให้มีการต่อต้านความร้อนที่สูงของผิว ดังนั้นวิธีการทางเทคนิคต่าง ๆ ได้ถูกสํารวจเพื่อปรับปรุงผิวหน้าเพชร-Cuซึ่งมีความสําคัญในการปรับปรุงผลงานของผสม.

ปัจจุบันมีการใช้กลยุทธ์หลักสองวิธีในการแก้ปัญหาระหว่างเพชรและเมทริกซ์ Cu:

การปรับปรุงผิวของเพชร
การเคลือบผิวของอนุภาคเพชรด้วยธาตุที่มีผล เช่น Mo, Ti, W, หรือ Cr สามารถปรับปรุงคุณสมบัติผิวได้อย่างสําคัญธาตุเหล่านี้ปฏิกิริยากับคาร์บอนบนผิวเพชร เพื่อสร้างชั้นการเปลี่ยนแปลงคาร์บิด, เพิ่มความชื้นระหว่างเพชรและเมทริกซ์โลหะ นอกจากนี้, การเคลือบเช่นนี้สามารถป้องกันโครงสร้างเพชรจากการทําลายที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น

การสกัดเหล็กของเมทริกซ์ทองแดง

ก่อนการแปรรูปผสมทองแดงเมทริกซ์สามารถนํามาสกัดด้วยธาตุที่มีผลประโยชน์ โดยวิธีการสกัดก่อนนี้จะผลิตผสมที่มีความสามารถในการนําความร้อนสูงกว่าโดยทั่วไปการนําเสนอธาตุที่มีผลในเมทริกซ์ทองแดงได้อย่างมีประสิทธิภาพลดมุมสัมผัสระหว่างเพชรและทองแดงและส่งเสริมการสร้างชั้นคาร์บิดที่ผ่าตัดเพชร / Cuคาร์ไบด์เหล่านี้สามารถละลายได้บางส่วนในเมทริกซ์ทองแดง ช่วยในการเติมช่องว่างในผิวหน้าและปรับปรุงผลการทํางานของความร้อนได้อย่างสําคัญ

สภาพตลาดและแนวโน้มการพัฒนา

โครงสร้างตลาด

การเป็นผู้นําระดับนานาชาติ
ตลาดระดับสูงถูกครองโดยผู้เล่นระดับนานาชาติ เช่น AMETEK (สหรัฐอเมริกา) และ Sumitomo Electric (ญี่ปุ่น) โดยเฉพาะบริการภาคทหารและอากาศHeraeus (เยอรมนี) และ Toho Titanium (ญี่ปุ่น) เน้นพื้นฐานการจัดการความร้อนสําหรับอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค.

ความก้าวหน้าในการผลิตภายในประเทศ:
ผู้ผลิตจีน (ตัวอย่างเช่น สถาบันวิจัยโลหะ, สถาบันวิทยาศาสตร์จีน;Hunan Dingli Technology) ได้ผลิตวัสดุประกอบเพชร/Cu ขนาด 6 นิ้วเป็นจํานวนมากภายในปี 2023 บริษัทจีนได้ครอบครอง 25% ของหุ้นตลาดในประเทศ

ขนาดตลาด

ตามการคาดการณ์ของ QY Research ตลาดประกอบเพชร / Cu ทั่วโลกคาดว่าจะถึง 1.2 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2025 โดยอัตราการเติบโตรายปี (CAGR) 18%ภูมิภาคเอเชียและแปซิฟิคคาดว่ามีส่วนมากกว่า 50% ของความต้องการโลก.

ในภาคการสื่อสาร 5G ความต้องการสําหรับโมดูลการจัดการความร้อนของสถานีฐานคาดว่าจะผลักดันการเพิ่มขึ้น 300% ในการบริโภควัสดุประกอบภายในปี 2024

แนวโน้มในอนาคต

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเพชรสังเคราะห์
ราคาของเพชรที่เกิดจากการฝังน้ําหมอกเคมี (CVD) คาดว่าจะลดลงถึงหนึ่งในสิบของระดับปัจจุบันภายในทศวรรษหน้า

การใช้งานการบูรณาการแบบไม่เหมือนกัน:
การพัฒนาฟิล์มความร้อนแบบยืดหยุ่นและบางแบบ โดยการผสมเพชรกับวัสดุสองมิติ เช่น กราเฟนและโบรอนไนไตรได

การจัดการความร้อนที่ฉลาด
การบูรณาการเซ็นเซอร์อุณหภูมิในสับสราตเพชร / Cu เพื่อให้สามารถติดตามการกระจายความร้อนในเวลาจริงและการควบคุมความร้อนแบบไดนามิก

ความท้าทายและทิศทางการวิจัยในอนาคต

ปัญหาทางเทคนิค

ความยากลําบากในการบรรลุความต้านทานทางความร้อนที่ต่ําในพื้นผิวและผลิตผลิตในจํานวนมากในเวลาเดียวกัน จํากัดการเจาะเข้าไปในตลาดอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค

ปัญหาต่อเนื่องกับอ๊อกซิเดชั่นของอินเตอร์เฟซและการกระจายของธาตุ ระหว่างการใช้งานในอุณหภูมิสูงระยะยาว

แนวทางการวิจัย

การออกแบบ Biomimetic Interface:
โดยได้รับแรงบันดาลใจจากโครงสร้างชั้นในธรรมชาติ (เช่น nacre) การกระจายกลยุทธ์การเสริมหลายขนาดกําลังถูกสํารวจเพื่อปรับปรุงผลการเชื่อมโยงทางเทอร์โมเมกานิค

กระบวนการผลิตสีเขียว:
การพัฒนากระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เช่น การเคลือบไฟฟ้าที่ไม่มีซานไดด์ และการซินเตอร์อุณหภูมิต่ํา เพื่อลดการปล่อยคาร์บอน

สารประกอบอุณหภูมิสูงสุด
การวิจัยศักยภาพการใช้งานของประกอบเพชร / Cu ในสภาพแวดล้อมที่เกิน 1000 °C

สรุป

ขอบคุณความสามารถในการนําไฟที่ไม่มีคู่แข่ง และข้อดีทางกลที่ครบวงจรทองเหลือง/Cu สารประกอบกําลังปรากฏขึ้นเป็นวัสดุหลักสําหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความหนาแน่นสูงและการใช้งานในสภาพที่รุนแรงถึงแม้จะเผชิญกับปัญหาในการปรับปรุงอินเตอร์เฟสและลดต้นทุนความก้าวหน้าในเทคนิคสังเคราะห์ และการเจริญเติบโตอย่างช้าช้าของโซ่อุตสาหกรรมกําลังเปิดทางให้มีการนํามาใช้ในระดับที่กว้าง.

ในอนาคต, ผ่านนวัตกรรมระหว่างวิชาการและปัญญาประดิษฐ์ ธาตุประกอบเพชร / Cu คาดว่าจะขับเคลื่อนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไปยังการทํางานที่สูงกว่า, การลดขนาดและอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า นอกจากนี้วัสดุเหล่านี้จะมีบทบาทสําคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานทั่วโลกและสนับสนุนการเริ่มต้นการนิวเทรัลคาร์บอน

แนะนําผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง

สับสราททองแดง วอฟเฟอร์ Cu กระจกกระจกเดียว 5x5x0.5/lmm 10x10x0.5/1mm 20x20x0.5/1mm