СОЗДАНИЕ КОМПОЗИТОВ МОЛИБДЕН-МЕДЬ МЕТОДОМ ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК

  • Александр Анатольевич Сивков Национальный исследовательский Томский политехнический университет
  • Александр Сергеевич Ивашутенко Национальный исследовательский Томский политехнический университет
  • Юлия Леонидовна Шаненкова Национальный исследовательский Томский политехнический университет
  • Юлия Николаевна Вымпина Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Ключевые слова: медь, молибден, искровое плазменное спекание, композит, микроструктура

Аннотация

В настоящий момент вопросы обеспечения высокоэффективного терморегулирования в электронных системах остаются актуальными. Более половины случаев отказов электронных систем связано именно с повышенной температурой в местах контакта их элементов.

Полупроводниковые компоненты устанавливаются на различные пластины или подложки, которые выполняют функцию элементов отвода тепла и обеспечивают эффективное терморегулирование. Однако подбор материалов для таких пластин является сложной задачей.

Получены объемные образцы на основе порошков молибдена и меди искровым плазменным методом. Высокий уровень теплопроводности меди и низкий температурный коэффициент расширения молибдена позволяют использовать эти металлы в качестве элементов отвода тепла для полупроводниковых компонентов.

По результатам рентгенофазового анализа установлено, что композиты, помимо основных кристаллических фаз молибдена и меди, содержат карбид димолибдена и оксид молибдена. Присутствие данных химических соединений обусловлено характером процесса спекания в графитовых пресс-формах и качеством исходных материалов. Установлено, что зависимость плотности пор композитов от температуры спекания имеет неоднозначный характер изменения, связанный с чередованием твердофазного и жидкофазного спекания. Исследование образцов методом сканирующей электронной микроскопии показало, что в образцах медь заполняет межзеренное пространство частиц молибдена, тем самым обеспечивая высокую плотность конечных объемных продуктов. При этом спекание при температуре свыше 1060 °C сопровождается вытеканием расплавленной меди из объема пресс-формы, что способствует образованию больших пор с последующим снижением плотности образцов.

Выявлено, что при температуре спекания 1060 °C в образце возникает минимальное количество пор, и частицы наиболее тесно прилегают друг к другу.

Биографии авторов

Александр Анатольевич Сивков, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

доктор технических наук, старший научный сотрудник, профессор Отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики

Александр Сергеевич Ивашутенко, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

кандидат технических наук, доцент Отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики

Юлия Леонидовна Шаненкова, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

ассистент Отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики

Юлия Николаевна Вымпина, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

аспирант Отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики

Литература

1. Shammas N.Y.A. Present problems of power module packaging technology // Microelectronics Reliability. 2003. Vol. 43. № 4. P. 519–527.
2. Lostetter A.B., Barlow F., Elshabini A. An overview to integrated power module design for high power electronics packaging // Microelectronics Reliability. 2000. Vol. 40. № 3. P. 365–379.
3. Hocine R., Boudghene Stambouli A., Saidane A. A three-dimensional TLM simulation method for thermal effect in high power insulated gate bipolar transistors // Microelectronic Engineering. 2003. Vol. 65. № 3. P. 293–306.
4. Renso N., Buffolo M., De Santi C., Ronzani M., Meneghesso G., Zanoni E., Meneghini M. Failure limits and electro-optical characteristics of GaN-based LEDs under electrical overstress // Microelectronics Reliability. 2018. Vol. 88-90. P. 887–890.
5. Aydinyan S.V., Kirakosyan H.V., Kharatyan S.L. Cu–Mo composite powders obtained by combustion–coreduction process // Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2016. Vol. 54. P. 455–463.
6. Li Z., Zhai Y. Preparation of Mo60Cu40 Composite Nano-Powder by Hydrogen Reaction // Rare Metal Materials and Engineering. 2010. Vol. 39. № 1. P. 6–9.
7. Dong L., Chen W., Hou L., Deng N., Zheng C. W-Cu system: synthesis, modification, and applications // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2017. Vol. 56. № 3-4. P. 171–184.
8. Rosalie J.M., Guo J., Pippan R., Zhang Z. On nanostructured molybdenum–copper composites produced by high-pressure torsion // Journal of Materials Science. 2017. Vol. 52. № 16. P. 9872–9883.
9. Sun A., Dong X., Wang X., Duan B., Wang D. Synthesis of novel core–shell Cu@Mo nanoparticles with good sinterability // Journal of Alloys and Compounds. 2013. Vol. 555. P. 6–9.
10. Кочешков И.В. Анализ силовых условий процесса горячего прессования заготовок, предназначенных для получения волокнистых композиционных материалов // Кузнечно-штамповое производство. Обработка материалов давлением. 2011. № 4. С. 10–15.
11. Алымов М.И. Консолидированные порошковые наноматериалы (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2014. № S4. С. 34–39.
12.Алымов М.И. Конструкционные порошковые наноматериалы // Композиты и наноструктуры. 2010. № 2. С. 5–11.
13.Johnson J.L., German R.M. Role of Solid-State Skeletal Sintering during Processing of Mo-Cu Composites // Metallurgical and Material Transactions A. 2001. Vol. 32. № 3. P. 605–613.
14.Dong L., Chen W., Hou L., Deng N., Zheng C. W-Cu system: synthesis, modification, and application // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2017. Vol. 56. № 3-4. P. 171–184.
15.Shkodich N.F., Rogachev A.S., Mukasyan A.S., Moskovskikh D.O., Kuskov K.V., Schukin A.S., Khomenko N.Yu. Preparation of Copper–Molybdenum Nanocrystalline Pseudoalloys Using a Combination of Mechanical Activation and Spark Plasma Sintering Techniques // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2017. Vol. 11. № 1. P. 173–179.
16.Сивков А.А., Сайгаш А.С., Колганова Ю.Л. Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель: патент РФ № 137443 от 24.09.2013.
17.Половинкина Ю.Н., Шаненкова Ю.Л. Получение пластин из молибдена и меди с помощью искрового плазменного спекания // Перспективы развития фундаментальных наук: сборник научных трудов XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 2017. Т. 2. С. 214–216.
18.Sivkov A., Shanenkova Y., Saigash A., Shanenkov I. High-speed thermal plasma deposition of copper coating on aluminum surface with strong substrate adhesion and low transient resistivity // Surface and Coating Technology. 2016. Vol. 292. P. 63–71.
19.Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Т. 2: Химия металлов. Москва: Мир, 1972. 871 с.
20.Wang D., Yin B., Sun A., Li X., Qi C., Duan B. Fabrication of Mo-Cu composite powders by heterogeneous precipitation and the sintering properties of the composite compacts // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 674. P. 347–352.
Опубликован
2019-09-30
Выпуск
Раздел
Технические науки