Odată cu dezvoltarea continuă a microelectronicii și a tehnologiilor de comunicare 5G, componentele electronice se îndreaptă către miniaturizare și densități mai mari de integrare. Materialele de ambalare electronice tradiționale-care suferă de conductivitate termică scăzută, eficiență slabă de disipare a căldurii și coeficienți relativ mari de dilatare termică-pot cauza supraîncălzirea dispozitivelor electronice-de mare viteză, ducând la defecțiuni sau chiar defecțiuni și, prin urmare, nu pot satisface cerințele circuitelor integrate de-înaltă performanță.
Diamantul are proprietăți termodinamice, structurale și electronice excelente, cu o conductivitate termică care depășește 2000 W/(m·K), făcându-l un material ideal-de disipare a căldurii. Cuprul, pe de altă parte, oferă o lucrabilitate și o conductivitate termică remarcabile. Combinația dintre cele două produce compozite de diamant/cupru cu densitate scăzută, conductivitate termică ridicată și coeficienți de dilatare termică reglabili, făcându-le unul dintre cele mai atractive materiale de management termic.
În prezent, există multe metode de preparare a compozitelor de diamant/cupru, cum ar fi metalurgia pulberilor, infiltrarea și fabricarea aditivă. Dintre acestea, metalurgia pulberilor a devenit una dintre cele mai frecvent utilizate abordări datorită rutei sale simple de prelucrare și proprietăților excelente ale compozitelor rezultate. În această metodă, pulberea de cupru și particulele de diamant sunt amestecate uniform prin măcinare cu bile sau alte mijloace și apoi consolidate prin sinterizare pentru a produce compozite cu o microstructură omogenă.
Tehnicile de sinterizare utilizate în mod obișnuit includ sinterizarea prin presare la cald-vacuum, sinterizarea prin presare la cald-rapidă și sinterizarea cu plasmă cu scânteie.
Sinterizare prin presare-la cald cu vid:
Particulele de diamant metalizate sunt amestecate cu pulbere de cupru și apoi sinterizate în vid sub presiune și temperatură aplicate (sinterizare în fază-solidă sau lichidă-).
Avantaje: tehnologie matură, echipamente disponibile pe scară largă.
Dezavantaje: temperatură ridicată de sinterizare (900–1000 grade), risc de grafitizare a diamantului.
Sinterizare prin presare la cald-rapidă:
O sursă de căldură externă încălzește rapid matrița și pulberea în timp ce se aplică presiune uniaxială, permițând densificarea rapidă.
Avantaje: (1) timp scurt de sinterizare, reducând semnificativ expunerea diamantului la temperaturi ridicate și suprimând eficient grafitizarea; (2) densitate relativă mare, care atinge peste 95 % și se apropie de densitatea teoretică; (3) cost redus și structură simplă a echipamentelor; (4) reglare flexibilă a temperaturii de sinterizare, a presiunii și a timpului de menținere, potrivită pentru optimizarea procesului.
Dezavantaje: (1) încălzirea externă determină un gradient de temperatură la marginile matriței; (2) dimensiunea eșantionului este limitată de dimensiunile matriței.
Sinterizare cu plasmă cu scânteie:
Un curent electric pulsat generează plasmă de scânteie între particulele de pulbere, permițând încălzirea și sinterizarea rapidă.
Avantaje: viteza de incalzire rapida, timp scurt de sinterizare, reducerea reactiilor interfaciale excesive.
Dezavantaje: echipament scump, dimensiune limitată a eșantionului.
Implementarea practică a acestor procese de sinterizare se bazează pe suportul echipamentelor de sinterizare la temperatură înaltă{0}.