佐治亚理工学院研究所（GTRI）的研究人员正在开发一种固体复合材料，以帮助冷却防御系统中使用的小型，强大的微电子。由银和钻石组成的材料与目前用于此应用的材料相比，有望具有特殊程度的导热率。亚博网站下载
该研究的重点是生产前空前薄度的银钻石热垫片-250微米或更少。可以对材料中的银与钻石的比率进行量身定制，以使垫片与低热曝光应力与计划在下一代阶梯式阵列雷达的高功率宽带半导体结合在一起。
需要热垫片来从这些高功率半导体中取热，并将其转移到散热器，例如鳍，风扇或热管等散热设备。由于半导体在非常狭窄的操作空间中工作，因此有必要由将高温电导率填充到微小结构中的材料制成。
钻石提供了大部分导热率，而银将复合材料中的钻石颗粒悬浮，并导致高热电导率，比铜（铜）好25％。yabo214迄今为止，测试表明Silver-Diamond复合材料在两个关键区域（热导率和热膨胀）表现出色。
“我们已经观察到明确的性能益处 - 估计的温度从285摄氏度降低到摄氏181摄氏度 - 使用250微米垫片中的50％钻石的材料，”领导该项目的GTRI研究工程师Jason Nadler说。
研究人员的钻石百分比可能高达85％，厚度不到250微米。这些增加的钻石百分比在原型测试中产生了更好的性能。
纳德勒补充说，这种新颖的银钻石复合材料的方法具有明确的技术转移承诺。当前没有材料可提供这种性能和薄的结合。
Diamond是最热导导的天然材料，其额定值约为每米开尔文2,000瓦，这是衡量热效率的量度。银金属之一是银色的额定值明显降低 - 每米K 400瓦。
纳德勒解释说，添加银对于： *将松散的钻石颗粒粘合到稳定的基质中。yabo214*允许精确切割材料以形成精确尺寸的组件；*将热膨胀与要冷却的半导体设备的热膨胀相匹配；*在钻石之间创建一个更有效的接口。
纳德勒（Nadler）和他的团队使用类似于沙子的钻石颗粒，可以将其yabo214模制成平面形式。
问题是，一种类似砂的材料不能很好地融合在一起。需要银色的矩阵 - 柔软，延性和粘性 - 将钻石颗粒保持在一起并获得可靠的复合材料。yabo214
此外，由于可延展的银基质完全围绕着钻石颗粒，因此它支持将复合材料切成形成热垫片等组件所需的精确尺寸。yabo214白银允许这些组件容易粘合到其他表面，例如半导体。
随着任何材料的加热，它以自己的个人速率扩展，这种行为称为其热膨胀系数（CTE）。
当通过不同的材料制成的结构（例如宽带半导体和热垫片）结合在一起时，至关重亚博网站下载要的是，它们的热膨胀系数是相同的。以不同速率扩展亚博网站下载的粘结材料很容易分开。
Diamond的热膨胀系数非常低，约为每百万/开尔文（PPM/K）。但是，用于制造宽亚博网站下载带半导体的材料（例如碳化硅或氮化壳）的CTE较高，通常在三到五ppm/k的范围内。
通过添加合适的百分比，银的CTE约为20 ppm/k，GTRI团队可以调整银钻石复合材料以与半导体材料相同的速度扩展。通过匹配加热和冷却过程中的热膨胀速率，研究人员使两种材料能够保持牢固的键合。亚博网站下载
与通过移动电子进行热量的金属不同，钻石通过声子进行热量，它们是通过晶体和其他材料传播的振动波包。亚博网站下载在钻石粒子界面之间引入银有助于声子从粒子转移到粒子，并支持热效率。
“使用钻石颗粒以高效率和稳定性填充空间是一个挑战，”yabo214纳德勒说。“近年来，我们构建了图像分析和其他工具，使我们可以对我们创建的材料进行结构形态分析。该数据有助于我们了解复合材料中实际发生的事情 - 包括钻石颗粒大小如何分布和白银实际上是如何包围钻石的。”
剩下的障碍涉及将超越性能测试的需求进行深入分析银钻石材料的功能。纳德勒的目的是从基本材料的角度来解释复合材料的热导率，而不是仅依靠性能结果。亚博网站下载
由于现有的测试方法需要大量的材料，因此热垫片的极小尺寸使得如此深入的测试变得困难。但是，纳德勒和他的团队正在评估几种测试台技术，这些技术有望进行详细的导热率分析。
研究新闻与出版物Publications Office Georgia技术学院北卡罗来纳州第五街75号
作家：里克·鲁滨逊
资源：https://www.gatech.edu/c