जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में एकीकृत सर्किट तेजी से जटिल होते जा रहे हैं और चिप का आकार सिकुड़ता जा रहा है, ऑपरेशन के दौरान अत्यधिक गर्मी जमा होने से डिवाइस का प्रदर्शन खराब हो जाता है और यहां तक कि शॉर्ट सर्किट और अन्य विफलताएं भी हो सकती हैं। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के स्थिर, सुरक्षित और कुशल संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, उच्च तापीय चालकता, थर्मल विस्तार के कम गुणांक, कम घनत्व और उत्कृष्ट लचीली ताकत के साथ पैकेजिंग सामग्री का विकास एक अनुसंधान फोकस बन गया है।
01 डायमंड/सिलिकॉन कार्बाइड: थर्मल प्रबंधन के लिए एक शक्तिशाली संयोजन
मनुष्य को ज्ञात किसी भी प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पदार्थ की तुलना में हीरे में उच्चतम तापीय चालकता होती है, जो कम तापीय विस्तार गुणांक, उच्च शक्ति और कठोरता और उत्कृष्ट रासायनिक स्थिरता के साथ मिलकर इसे एक आदर्श तापीय प्रबंधन सामग्री बनाती है। सिलिकॉन कार्बाइड में कम तापीय विस्तार गुणांक और बेहतर तापीय चालकता भी होती है। हीरे को सिलिकॉन कार्बाइड में एक सुदृढ़ीकरण चरण के रूप में शामिल करके, ट्यून करने योग्य थर्मल विस्तार गुणांक और उच्च तापीय चालकता के साथ हीरा/सिलिकॉन कार्बाइड कंपोजिट प्राप्त किया जा सकता है। हीरे के प्रबलित धातु मैट्रिक्स कंपोजिट की तुलना में, हीरे और सिलिकॉन कार्बाइड की संरचनाएं समान होती हैं, और उनकी वेटेबिलिटी और थर्मल विस्तार मिलान धातुओं और हीरे के बीच की तुलना में काफी बेहतर होता है।
डायमंड/सिलिकॉन कार्बाइड कंपोजिट के लिए 02 निर्माण प्रक्रियाएं
उच्च तापमान पर हीरे का रेखांकन होने का खतरा होता है; परिणामी ग्रेफाइट में हीरे की तुलना में काफी कम तापीय चालकता और लचीली ताकत होती है। हीरे/सिलिकॉन कार्बाइड कंपोजिट के सफलतापूर्वक निर्माण के लिए, हीरे के ग्रेफाइटाइजेशन का प्रभावी नियंत्रण आवश्यक है। चूंकि सिलिकॉन कार्बाइड मैट्रिक्स को सीधे हीरे के प्रीफॉर्म में घुसपैठ नहीं किया जा सकता है, इसलिए सिलिकॉन कार्बाइड मैट्रिक्स आमतौर पर सिलिकॉन-कार्बन प्रतिक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। हीरे/सिलिकॉन कार्बाइड कंपोजिट के लिए मुख्य निर्माण प्रक्रियाएं मोटे तौर पर इस प्रकार हैं।
(1) उच्च दबाव उच्च तापमान (एचपीएचटी) सिंटरिंग
एचपीएचटी विधि में, हीरे के माइक्रोपाउडर और शुद्ध सिलिकॉन पाउडर को अच्छी तरह मिलाया जाता है और फिर उच्च तापमान और उच्च दबाव के अधीन किया जाता है ताकि सिलिकॉन कार्बाइड बनाने वाली इन-सीटू प्रतिक्रिया से गुजरना पड़े, जिससे अंततः हीरा/सिलिकॉन कार्बाइड कंपोजिट प्राप्त होता है। इस पद्धति का लाभ यह है कि उच्च दबाव की स्थिति में, हीरे को महत्वपूर्ण ग्रेफाइटाइजेशन से नहीं गुजरना पड़ता है, और हीरे के कणों के बीच अंतराल को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है, जिससे उच्च हीरे की मात्रा अंश और उच्च घनत्व के साथ कंपोजिट का उत्पादन होता है। हालाँकि, उच्च दबाव प्रक्रिया महंगे उपकरण की मांग करती है और निर्मित कंपोजिट के आकार पर महत्वपूर्ण सीमाएं लगाती है।
(2) स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग (एसपीएस)
एसपीएस एचपीएचटी के समान है क्योंकि यह उच्च तापमान और दबाव के तहत प्रीफॉर्म को सिंटर और सघन करता है। अंतर यह है कि एसपीएस पाउडर कणों के बीच तात्कालिक निर्वहन उत्पन्न करने के लिए उच्च ऊर्जा विद्युत स्पार्क्स का उपयोग करता है, जिससे उच्च तापमान प्लाज्मा का उत्पादन होता है जो बड़ी मात्रा में गर्मी छोड़ता है। इसलिए, एसपीएस में तीव्र ताप दर और कम सिंटरिंग समय की सुविधा है। इसके अलावा, एसपीएस में सिंटरिंग दबाव एचपीएचटी की तुलना में कम है।
(3) हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)
एचआईपी प्रक्रिया में, हीरे और सिलिकॉन पाउडर को एक सीलबंद कंटेनर में रखा जाता है और सभी दिशाओं से समान दबाव के अधीन किया जाता है, जबकि सिंटरिंग और सघनीकरण ऊंचे तापमान पर पूरा किया जाता है। एचआईपी आम तौर पर कई सौ मेगापास्कल की सीमा में दबाव पर काम करता है। इसके फायदों में कम सिंटरिंग दबाव और बड़ी मात्रा और जटिल आकार के नमूने तैयार करने की क्षमता शामिल है। हालाँकि, यह प्रक्रिया जटिल है और इसकी उत्पादन क्षमता कम है।
(4) प्रीकर्सर घुसपैठ और पायरोलिसिस (पीआईपी)
पीआईपी विधि एक सिलिकॉन कार्बाइड अग्रदूत (पॉलीकार्बोसिलेन) का उपयोग करती है जिसे सिलिकॉन कार्बाइड बनाने के लिए गर्म और पाइरोलाइज्ड किया जाता है, जो हीरे के कणों को एक साथ बांधने वाले मैट्रिक्स के रूप में कार्य करता है। इस प्रक्रिया के फायदे कम सिंटरिंग तापमान, बड़े पैमाने पर या जटिल आकार के नमूनों की क्षमता और समग्र में कोई अवशिष्ट सिलिकॉन नहीं हैं। हालाँकि, अग्रदूत की कम रूपांतरण उपज के कारण, घनत्व में सुधार के लिए अक्सर कई चक्रों की आवश्यकता होती है।
(5) रासायनिक वाष्प घुसपैठ (सीवीआई)
सीवीआई एक अपेक्षाकृत हल्की प्रक्रिया है; कम घुसपैठ तापमान पर, हीरे के कण स्थिर रहते हैं और ग्राफ़िटाइजेशन से बचा जाता है। अन्य तकनीकों की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड चरण सामग्री की सतह पर रासायनिक वाष्प जमाव से प्राप्त होता है, इसलिए सीवीआई प्रक्रिया के दौरान सिलिकॉन चरण को पूरी तरह से समाप्त किया जा सकता है। इस विधि द्वारा तैयार किए गए कंपोजिट में अपेक्षाकृत कम घनत्व होता है और आमतौर पर पतली शीट के नमूने तैयार करने के लिए उपयोग किया जाता है।
(6) प्रतिक्रियाशील घुसपैठ (आरआई)
आरआई एक सघनीकरण प्रक्रिया है जिसमें किसी ठोस को गर्म करके पिघलाया जाता है और तैयार प्रीफॉर्म में डाला जाता है। सुदृढीकरण और मैट्रिक्स के बीच अस्थिरता के आधार पर, या तो दबाव-सहायता या दबाव रहित घुसपैठ को नियोजित किया जा सकता है।
इस प्रक्रिया में, हीरे के कणों और ग्रेफाइट पाउडर को समान रूप से मिश्रित किया जाता है, राल को बाइंडर के रूप में उपयोग किया जाता है, और फिर प्रीफॉर्म बनाने के लिए ठंडा दबाया या गर्म दबाया जाता है। बाइंडर को पूरी तरह से कार्बोनाइज करने और प्रीफॉर्म सरंध्रता को बढ़ाने के लिए प्रीफॉर्म को डिबाइंडिंग और पायरोलिसिस के अधीन किया जाता है। अंत में, सिलिकॉन घुसपैठ को निर्वात या निष्क्रिय वातावरण में गर्म करके किया जाता है। घुसपैठ के दौरान, तरल सिलिकॉन पायरोलाइटिक कार्बन और अतिरिक्त ग्रेफाइट पाउडर के साथ प्रतिक्रिया करके सिलिकॉन कार्बाइड बनाता है। कार्बन प्रतिक्रिया पूरी होने के बाद, प्रीफॉर्म में शेष छिद्र तरल सिलिकॉन से भर जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप घने हीरे/सिलिकॉन कार्बाइड मिश्रित होते हैं। अन्य प्रक्रियाओं की तुलना में, आरआई को जटिल प्रक्रियाओं या महंगे उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती है; यह प्रक्रिया सरल है फिर भी समग्र को निकट-जाल-आकार बनाने में सक्षम बनाती है।