Penerapan Berlian dalam Substrat Kemasan Elektronik Baru

Teknologi mikroelektronika modern berkembang pesat, dan sistem serta peralatan elektronik berkembang ke arah integrasi skala besar, miniaturisasi, efisiensi tinggi, dan keandalan tinggi. Peningkatan integrasi sistem elektronik akan menyebabkan peningkatan kerapatan daya, serta peningkatan panas yang dihasilkan oleh komponen elektronik dan pengoperasian sistem secara keseluruhan. Oleh karena itu, pengemasan yang efektif harus mengatasi masalah pembuangan panas pada sistem elektronik.

Pembuangan panas perangkat yang baik bergantung pada desain struktur pembuangan panas yang dioptimalkan, pemilihan bahan kemasan (bahan antarmuka termal dan substrat pembuangan panas), dan proses pembuatan kemasan. Diantaranya, pemilihan bahan substrat adalah tautan utama, yang secara langsung memengaruhi biaya, kinerja, dan keandalan perangkat. Secara umum, penerapan bahan kemasan elektronik perlu mempertimbangkan dua persyaratan kinerja dasar. Yang pertama adalah konduktivitas termal yang tinggi untuk mencapai perpindahan panas yang cepat dan memastikan bahwa chip dapat bekerja secara stabil di bawah kondisi suhu yang ideal; pada saat yang sama, bahan pengemas harus dapat diandalkan. Koefisien ekspansi termal yang dapat disesuaikan, agar tetap cocok dengan chip dan semua tingkat bahan kemasan, dan mengurangi efek buruk dari tekanan termal. Jalur pengembangan bahan kemasan elektronik adalah peningkatan dan optimalisasi berkelanjutan dari kedua properti ini.

 

Tentu saja, bahan substrat pengemasan baru juga perlu mempertimbangkan sifat-sifat lain, seperti resistivitas tinggi, konstanta dielektrik rendah, kehilangan dielektrik, pencocokan termal yang baik dengan silikon dan gallium arsenide, kerataan permukaan yang tinggi, sifat mekanik yang baik dan Kemudahan produksi industri dan karakteristik lainnya , sehingga pemilihan bahan substrat kemasan baru menjadi hot spot untuk penelitian dan pengembangan di berbagai negara. Saat ini, beberapa substrat pengemas yang umum digunakan antara lain keramik Al2O3, keramik SiC, AlN dan material lainnya.

 

Pada awal tahun 1929, perusahaan Siemens Jerman berhasil mengembangkan keramik Al2O3, tetapi koefisien ekspansi termal dan konstanta dielektrik Al2O3 lebih tinggi daripada kristal tunggal Si, dan konduktivitas termalnya tidak cukup tinggi, sehingga substrat keramik Al2O3 tidak cocok untuk tinggi frekuensi, Daya besar, digunakan dalam VLSI.

 

Setelah itu, bahan substrat keramik dengan konduktivitas termal tinggi SiC, AlN, SI3N4, dan intan secara bertahap memasuki pasar.

Konduktivitas termal keramik SiC sangat tinggi, dan semakin tinggi kemurnian kristalisasi SiC, semakin tinggi pula konduktivitas termalnya; kerugian terbesar SiC adalah konstanta dielektriknya terlalu tinggi dan kekuatan dielektriknya rendah, sehingga membatasi aplikasi frekuensi tingginya dan hanya cocok untuk pengemasan dengan kepadatan rendah.

 

Bahan AlN memiliki sifat dielektrik yang sangat baik dan sifat kimia yang stabil, terutama koefisien muai panasnya yang sesuai dengan silikon, sehingga dapat digunakan sebagai bahan substrat pengemas semikonduktor dengan prospek pengembangan yang besar. Namun, konduktivitas termalnya rendah, dan karena kemasan semikonduktor memiliki persyaratan pembuangan panas yang semakin tinggi, bahan AlN juga memiliki hambatan pengembangan tertentu.

 

Pada akhirnya, berlian menonjol. Intan memiliki sifat termofisik komprehensif yang sangat baik. Konduktivitas termalnya pada suhu kamar adalah {{0}}W/(m·K), dan koefisien muai panasnya adalah 0,8×10-6/K. Ini memiliki potensi besar dalam semikonduktor, optik, dll. Banyak sifat bagus, tetapi satu berlian tidak mudah dibuat menjadi bahan pengemasan, dan biayanya tinggi.

 

Menurut aturan pencampuran, komposit matriks intan/logam yang dibuat dengan menambahkan partikel intan ke dalam Ag, Cu, Al dan matriks logam konduktivitas termal tinggi lainnya diharapkan menjadi jenis baru bahan kemasan elektronik dengan koefisien muai panas rendah dan panas tinggi. daya konduksi. Berdasarkan konduktivitas listrik yang sangat baik dan konduktivitas termal yang tinggi dari tembaga, material komposit intan/tembaga dikembangkan sebagai bahan substrat untuk kemasan elektronik, dan dipastikan bahwa material komposit intan/tembaga memiliki pelapisan dan kemampuan solder yang baik, yang memenuhi Electronic bahan substrat pengemas memerlukan koefisien muai panas yang rendah dan konduktivitas panas yang tinggi, dan dibandingkan dengan paduan Mo/Cu, mereka memiliki densitas yang lebih rendah dan bobot yang lebih ringan.

 

Oleh karena itu, komposit intan/tembaga dengan fase penguat intan dan tembaga sebagai bahan matriks dapat digunakan untuk pengemasan chip, yang dapat meningkatkan kinerja sistem peralatan elektronik dan membantu mengurangi bobot peralatan.

Dengan perbaikan terus-menerus masalah teknis pada material, perangkat, dll., Berlian telah menjadi material substrat dengan konduktivitas termal yang tinggi dan pembuangan panas yang baik. Ini memiliki prospek aplikasi yang luas di lingkungan suhu yang lebih tinggi. Bahan semikonduktor terbaik untuk perangkat kepadatan daya, potensinya yang sangat besar menarik semakin banyak peneliti untuk mengabdikan diri padanya. Potensi berlian akan dikembangkan secara bertahap untuk memenuhi kebutuhan industri semikonduktor masa depan dan menempati tempat dalam bahan kemasan elektronik semikonduktor.