قطع خضراء من النحاس والماس مشكلة بتقنية DLP

تعد المواد المركبة من الماس والنحاس حاليًا أهم حلول تبديد الحرارة للتغليف الإلكتروني. الموصلية الحرارية للماس تصل إلى 2000W/m·K. بعد دمج جزيئات الماس في مصفوفة النحاس، يمكن أن تصل الموصلية الحرارية للمادة المركبة إلى 600-800 واط/م·ك، وهو ما يعادل 3-4 أضعاف النحاس النقي، والتكلفة أقل بكثير من تكلفة الماس النقي. إنه يحل بسرعة محل كربيد السيليكون النحاسي والألومنيوم النقي في سيناريوهات مثل رقائق الذكاء الاصطناعي، وتغليف الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، والألواح الباردة لوحدة الطاقة.

تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد عملية أساسية للنحاس والماس للتحرك نحو الأجزاء الهيكلية المعقدة لتبديد الحرارة. حاليًا، هناك مسارات تشكيل متعددة في الصناعة يتم تطويرها بالتوازي، ويتكيف كل مسار مع سيناريوهات التطبيق المختلفة. لقد أجرينا مؤخرًا جولة من التجارب المنهجية في اتجاه المعالجة الضوئية DLP (معالجة الضوء الرقمي): استخدمنا DLP لثقب الماس النحاسي، وكانت الدقة والجودة الهيكلية متوافقة مع التوقعات.

لماذا تصعب طباعة النحاس والألماس؟

الماس النحاسي عبارة عن نظام مسحوق ثنائي الطور من المعدن + السيراميك فائق الصلابة. هناك العديد من الصعوبات المعترف بها في تحضير الملاط وتشكيل الطباعة:

أولا، السلوك البصري مختلف جدا. مسحوق النحاس له انعكاس قوي وامتصاص ضعيف للأشعة فوق البنفسجية، في حين أن مسحوق الماس له لون داكن وامتصاص قوي للأشعة فوق البنفسجية. لدى المسحوقين تفاعلات مختلفة تمامًا لنفس مجموعة معلمات التعرض، ومن الصعب توحيد عمق المعالجة.

ثانياً، هناك التحدي المتمثل في استقرار الملاط. يتمتع مسحوق النحاس بكثافة عالية (~8.9 جم/سم³) وسهل التسوية؛ تتميز جزيئات الماس بصلابة عالية وشكل غير منتظم، مما قد يؤدي بسهولة إلى إتلاف الكاشطة وتسريع التسوية.

ثالثا، نافذة التلبيد ضيقة. يتم رسم الماس بسهولة عند درجات حرارة عالية (> 1000 درجة مئوية)، وتنخفض موصليته الحرارية بشكل كبير. إنها حساسة للغاية لجو التلبد ومعدل التسخين ووقت الاحتفاظ (العينة المعروضة هذه المرة لم يتم تلبيدها بعد وهي في حالة خضراء).

العملية المعروضة

لتحضير الملاط، قمنا بتعديل معامل الانكسار لنظام الراتينج الحساس للضوء لجعل سلوك الامتصاص البصري لمسحوق النحاس ومسحوق الماس في الملاط يتقارب؛ لقد قدمنا ​​مشتتًا مناسبًا لقمع ترسيب مسحوق النحاس وضمان التشتت الموحد لجزيئات الماس. يجب الاحتفاظ بالمحتوى الصلب عند مستوى عالٍ لإفساح المجال لتكثيف التلبيد لاحقًا.

فيما يتعلق بمعلمات العملية، قمنا على وجه التحديد بتعديل سمك الطبقة، ووقت التعرض، وعدد طبقات التعرض السفلية لملاط الماس النحاسي. يجب أن يسمح كل تعريض للضوء باختراق طبقة الملاط لتصلب الجزء السفلي بالكامل، مع عدم الإفراط في تعريض تفاصيل الشبكة البلورية.

بالنسبة للتصميم الهيكلي، تغطي هذه التجربة العديد من الهياكل الشبكية المعقدة النموذجية مثل الشبكة الحلزونية الجيرويدية ومتغيرات TPMS. يبلغ قطر العينة حوالي 6 مم، وهو ما يتوافق مع حجم المبرد.

نتائج الطباعة

وفيما يلي بعض العينات المستقاة من هذه التجربة، وجميعها في حالة الحياة بعد الطباعة (غير محترقة):

يمكن رؤية العديد من النتائج بشكل حدسي من الشكل:

دقة عالية في الشكل. تم إعادة إنتاج انتقال السطح المنحني للجيرويد والعوارض العمودية المستقيمة لهيكل الوبر الخشبي بالكامل، دون "التقريب" وعدم وضوح التفاصيل الشائعة في المعالجة الخفيفة.

هناك ثقب في الداخل وترتبط جميع القنوات الداخلية المبلورة اتصالا كاملا، دون فتحات أو فتحات - وهو شرط أساسي لتطبيقات متفرقة لاحقة.

الانتهاء من السطح الجيد. سطح الجسم الأخضر أملس ومحبب، وحواف القرص وحواف الشبكة البلورية مثالية.

خطوات التطوير التالية

وقد اختبرت التجربة جدوى الماس النحاس الذي تستخدمه شركة DLP، مخلفة وراء العملية المتقطعة مؤشرات الأداء:

فيما يتعلق بالتلبيد، فإن جوهر الأمر هو حل مشكلة جرافة الماس - والتي تتطلب تحكمًا دقيقًا في جو التلبيد (الفراغ أو الغاز الخامل)، ومعدل التسخين ووقت الاحتفاظ.

فيما يتعلق بالأداء، تحتاج العينات الملبدة إلى قياس المؤشرات الأساسية مثل التوصيل الحراري الفعلي (الهدف ≥600 واط/م·ك)، ومعامل التمدد الحراري، وقوة الانحناء، وما إلى ذلك، وتوسيع حجم الطباعة تدريجيًا إلى حجم المبرد الحقيقي.