RU2140335C1 - Manufacture of particles and products with specified properties - Google Patents

Manufacture of particles and products with specified properties Download PDF

Info

Publication number
RU2140335C1
RU2140335C1 RU98103729A RU98103729A RU2140335C1 RU 2140335 C1 RU2140335 C1 RU 2140335C1 RU 98103729 A RU98103729 A RU 98103729A RU 98103729 A RU98103729 A RU 98103729A RU 2140335 C1 RU2140335 C1 RU 2140335C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
copper
coated
thermal conductivity
coating
Prior art date
Application number
RU98103729A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алан Ф. Бин
Гленн Л. Бин
Original Assignee
Материэлз Инновэйшн, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Материэлз Инновэйшн, Инк. filed Critical Материэлз Инновэйшн, Инк.
Priority claimed from PCT/US1995/009572 external-priority patent/WO1997004884A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2140335C1 publication Critical patent/RU2140335C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17Metallic particles coated with metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/006Coating of the granules without description of the process or the device by which the granules are obtained
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • C25D15/02Combined electrolytic and electrophoretic processes with charged materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00Electroplating characterised by the article coated
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3733Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon having a heterogeneous or anisotropic structure, e.g. powder or fibres in a matrix, wire mesh, porous structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/095Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
    • H01L2924/097Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
    • H01L2924/09701Low temperature co-fired ceramic [LTCC]

Abstract

FIELD: coated materials. SUBSTANCE: invention relates to articles and coatings designed such as to provide specified heat conductivity values and temperature expansion factors matching the same characteristics of those materials to which said articles and said coatings are to be attached. Desired characteristics are imparted to particles by coating them, after which multitude of coated particles are joined by compacting, isostatic pressing, or injection formation. Coating for each particle is applied at specified coating-to-particle volume ratio so that heat conductivity value and/or temperature expansion factor of coated particle differ from those characteristics of particle material and coating separately. As particle material, graphite, diamond, tungsten, or nickel-42 are used and, as coating material, copper. Desired characteristics of coated particles are obtained for temperature range 25 to 400 C. EFFECT: increased reliability of parameters' reproducibility of articles to be manufactured. 14 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится, к проектированию внутренних свойств частиц, изделий, производимых путем объединения частиц, и покрытий, образованных из частиц, а конкретнее касается производства изделий и покрытий, проектируемых так, чтобы иметь заранее выбранные удельные теплопроводности и коэффициенты температурного расширения, согласующиеся с такими же характеристиками тех материалов, к которым эти изделия и покрытия прикрепляются. The invention relates to the design of the internal properties of particles, products made by combining particles, and coatings formed from particles, and more particularly, to the production of products and coatings designed to have pre-selected specific thermal conductivities and thermal expansion coefficients consistent with the same characteristics those materials to which these products and coatings are attached.

Согласно "Правилу смесей" Лакке, внутренние физические свойства (например, удельная теплопроводность, коэффициент теплового расширения) гетерогенных изделий, составленных по меньшей мере из двух тщательно перемешанных материалов, имеют тенденцию изменяться приблизительно линейно в зависимости от отношения объема одного из этих материалов к объему другого материала. К примеру, можно ожидать, что гетерогенное изделие, составленное из 50-50 волюметрической смеси из одного материала, который имеет низкий коэффициент теплового расширения, и другого материала, который имеет высокий коэффициент теплового расширения, будет иметь коэффициент теплового расширения, который представляет собой среднее из коэффициентов теплового расширения обоих материалов. According to Lucke's Rule of Mixtures, the internal physical properties (for example, thermal conductivity, thermal expansion coefficient) of heterogeneous products composed of at least two carefully mixed materials tend to vary approximately linearly depending on the ratio of the volume of one of these materials to the volume of the other material. For example, it can be expected that a heterogeneous product made up of a 50-50 volumetric mixture of one material that has a low coefficient of thermal expansion, and another material that has a high coefficient of thermal expansion, will have a coefficient of thermal expansion, which is the average of thermal expansion coefficients of both materials.

В известном способе производства гетерогенных изделий смесь из двух металлических порошков, которые имеют разные удельные теплопроводности и коэффициенты теплового расширения, уплотняется и спекается для получения изделия. Это изделие имеет запроектированный коэффициент теплового расширения, который примерно соответствует коэффициенту теплового расширения того объекта, к которому изделие предназначено прикрепляться, и запроектированную удельную теплопроводность. In the known method for the production of heterogeneous products, a mixture of two metal powders, which have different specific thermal conductivities and thermal expansion coefficients, is compacted and sintered to produce the product. This product has a projected coefficient of thermal expansion, which approximately corresponds to the coefficient of thermal expansion of the object to which the product is intended to be attached, and the projected thermal conductivity.

Известно техническое решение, в котором для придания частицам желательного значения внутреннего свойства (удельной теплоемкости и/или коэффициента теплового расширения), отличавшегося от первоначального значения этого свойства, на частицы наносят покрытие, которое имеет другое значение упомянутого внутреннего свойства. При этом значение внутреннего свойства покрытых частиц зависит от отношения объема, покрытия к объему частиц (патент США N 5184662, кл. B 22 D 19/00, 1993). A technical solution is known in which in order to impart to the particles the desired value of the internal property (specific heat and / or coefficient of thermal expansion), which differs from the initial value of this property, the particles are coated, which has a different value of the said internal property. The value of the internal property of the coated particles depends on the ratio of volume, coating to volume of particles (US patent N 5184662, CL B 22 D 19/00, 1993).

Известна покрытая частица, содержащая дискретную сердцевинную частицу, содержащую первый материал, причем упомянутая сердцевинная частица имеет первое значение по меньшей мере одного внутреннего свойства, а покрытие содержит второй материал, и образовано на поверхности упомянутой сердцевинной частицы, причем упомянутое покрытие имеет второе значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, упомянутое второе значение отличное от упомянутого первого значения, объем упомянутого покрытия находится в отношении к объему упомянутой сердцевинной частицы, при этом упомянутая покрытая частица проявляет третье значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, при этом упомянутые первый и второй материалы и упомянутый объем упомянутого покрытия по отношению к упомянутому объему упомянутой сердцевинной частицы выбираются так, чтобы упомянутая покрытая частица проявляла, упомянутое значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, причем упомянутое третье значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства является функцией упомянутых первого и второго значений и упомянутого объема, упомянутое третье значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства отлично от упомянутых первого и второго значений (патенты США N 4711814, кл. B 05 D 5/12, 1987, N 5184662, кл. B 22 D 19/00, 1993). A coated particle is known comprising a discrete core particle containing a first material, said core particle having a first value of at least one internal property and a coating containing a second material and formed on a surface of said core particle, said coating having a second value of said at least at least one internal property, said second value different from said first value, the volume of said coating is relative to the volume said core particle, wherein said coated particle exhibits a third value of said at least one internal property, wherein said first and second materials and said volume of said coating with respect to said volume of said core particle exhibits such that said coated particle exhibits said the value of said at least one intrinsic property, said third value of said at least one intrinsic property being is a function of said first and second values and said volume, said third value of said at least one internal property is different from said first and second values (US Pat. Nos. 4,711,814, cl. B 05 D 5/12, 1987, N 5184662, cl. B 22 D 19/00, 1993).

Известно также техническое решение изготовления изделия, включающее заготовку множества частиц, содержащих первый материал с первым значением по меньшей мере одного внутреннего свойства, образование покрытия, содержащего второй материал со вторым значением упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, объединение упомянутых покрытых частиц таким образом, чтобы упомянутые частицы соединились друг с другом для образования упомянутого изделия с выбранной плотностью, и в котором дискретные слои покрытий на частицах практически сохраняются, так что второй материал и первый материал практически не смешиваются и не сплавляются, выбор упомянутых первого и второго материалов, осуществляемое таким образом, чтобы упомянутое изделие проявляло третье значение упомянутого по меньшей мере одного внутреннего свойства, и выбор упомянутой плотности для управления упомянутым внутренним свойством, как функцией температуры (патент США N 4894293, кл. C 22 C 9/00, 1990). There is also known a technical solution for manufacturing an article of manufacture, comprising preforming a plurality of particles containing a first material with a first value of at least one internal property, forming a coating containing a second material with a second value of said at least one internal property, combining said coated particles so that said particles are joined together to form said article with a selected density, and in which discrete coating layers on the particles are practical are stored so that the second material and the first material practically do not mix and do not fuse, the selection of said first and second materials, carried out so that said article exhibits a third value of said at least one internal property, and a choice of said density to control said internal property as a function of temperature (US patent N 4894293, CL C 22 C 9/00, 1990).

Известно также изготовление слоистого изделия с различными значениями выбранного свойства у каждого слоя для присоединения друг к другу двух объектов с различными значениями этого внутреннего свойства (патент США N 4602956, кл. C 22 C 29/12, 1986). It is also known to manufacture a layered product with different values of the selected property of each layer for attaching to each other two objects with different values of this internal property (US patent N 4602956, CL C 22 C 29/12, 1986).

Известные технические решения, характеризующие способ производства гетерогенных изделий, нанесение покрытия на частицы, изготовление покрытых частиц с дискретной сердцевинной частицей, изделие, изготовленное из множества покрытых частиц, а также слоистое изделие - являются наиболее близкими к настоящей группе изобретений по технической сущности и достигаемому результату при их использовании. Решая возложенные на них задачи, они тем не менее не обеспечивают создание изделий с заданными параметрами удельной теплопроводности и коэффициента теплового расширения в заданных диапазонах. Кроме того, изготавливаемые изделия не обеспечивают стабильной воспроизводимости упомянутых параметров от образца, к образцу. Known technical solutions that characterize the method of manufacturing heterogeneous products, coating particles, manufacturing coated particles with a discrete core particle, an article made of a plurality of coated particles, and also a layered product are the closest to this group of inventions in terms of technical nature and the achieved result with their use. Solving the tasks assigned to them, they nevertheless do not provide for the creation of products with given parameters of specific thermal conductivity and coefficient of thermal expansion in given ranges. In addition, the manufactured products do not provide stable reproducibility of the mentioned parameters from sample to sample.

Задача, на решение которой направлена данная группа изобретений, заключается в создании частиц, изделий с заранее заданными параметрами удельной теплопроводности и коэффициента теплового расширения, при этой обеспечивается более высокая надежность воспроизводимости указанных параметров у создаваемых изделий. The problem to which this group of inventions is directed is to create particles, products with predetermined parameters of specific thermal conductivity and coefficient of thermal expansion, while providing higher reliability of the reproducibility of these parameters for the created products.

Упомянутый технический результат достигается за счет предлагаемой технологии и параметров и режимов, сопровождающих процесс изготовления изделий. The mentioned technical result is achieved due to the proposed technology and the parameters and modes that accompany the manufacturing process.

В одном своем аспекте изобретение определяет покрытие частицы, изготовленной из первого материала, вторым материалом так, что отношение объема этого покрытия к объему самой частицы практически равно выбранному отношению объемов. Первый и второй материалы и отношение объемов выбираются так, чтобы заставить покрытую частицу проявлять по меньшей мере одно выбранное внутреннее свойство, которое является функцией внутренних свойств первого и второго материалов. Первый материал является, например, вольфрамом, молибденом, графитом, карбидом кремния или алмазом. Второй материал является, например, медью. In one aspect, the invention defines a coating of a particle made of the first material with a second material such that the ratio of the volume of this coating to the volume of the particle itself is almost equal to the selected volume ratio. The first and second materials and the volume ratio are selected so as to cause the coated particle to exhibit at least one selected internal property, which is a function of the internal properties of the first and second materials. The first material is, for example, tungsten, molybdenum, graphite, silicon carbide or diamond. The second material is, for example, copper.

В другом аспекте изобретение определяет производство изделия из частиц, управляемое таким образом, чтобы заставить изделие иметь выбранную плотность. Частицы, по меньшей мере часть из которых содержит первый материал и имеет поверхности, на которых образовано покрытие, содержащее второй материал, объединяются, чтобы заставить их соединиться друг с другом для образования изделия выбранной плотности. Первый и второй материалы выбираются так, чтобы изделие проявляло выбранное внутреннее свойство, а плотность выбирается так, чтобы это внутреннее свойство проявляло запроектированное поведение как функция температуры. К примеру, степень линейности коэффициента теплового расширения изделия, образованного из объединенных частиц, зависит от плотности изделия. Посредством выбора и управления плотностью изделия управляется поведение коэффициента теплового расширения как функция температуры, и, в общем случае, дополнительно уточняется выбор коэффициента теплового расширения. In another aspect, the invention defines the manufacture of an article of particles controlled in such a way as to make the article have a selected density. Particles, at least part of which contains the first material and has surfaces on which a coating containing the second material is formed, are combined to cause them to join together to form an article of a selected density. The first and second materials are selected so that the product exhibits the selected internal property, and the density is selected so that this internal property exhibits the projected behavior as a function of temperature. For example, the degree of linearity of the coefficient of thermal expansion of the product formed from the combined particles depends on the density of the product. By selecting and controlling the density of the product, the behavior of the coefficient of thermal expansion as a function of temperature is controlled, and, in the general case, the choice of coefficient of thermal expansion is further refined.

В другом аспекте изобретение определяет производство изделия из частиц, причем это изделие имеет две или более части, имеющие различные внутренние свойства. Первое множество частиц содержит по меньшей мере один материал, а второе множество частиц содержит по меньшей мере один другой материал. Первое множество частиц и второе множество частиц объединяются для соединения первого множества частиц друг с другом для образования первой части (например, слоя) изделия, а второе множество частиц соединяется вместе для образования второй части изделия; частицы, расположенные около поверхности раздела между первой и второй частями изделия, соединяются вместе. Первая и вторая части изделия проявляют разные выбранные внутренние свойства согласно композициям (и отношение объемов) частиц. In another aspect, the invention defines the manufacture of an article of particles, wherein the article has two or more parts having different internal properties. The first plurality of particles contains at least one material, and the second plurality of particles contains at least one other material. The first plurality of particles and the second plurality of particles are combined to connect the first plurality of particles to each other to form a first part (eg, a layer) of an article, and the second plurality of particles are joined together to form a second part of an article; particles located near the interface between the first and second parts of the product are connected together. The first and second parts of the product exhibit different selected internal properties according to the compositions (and volume ratio) of the particles.

К примеру, первая и вторая части могут иметь разные коэффициенты теплового расширения, и изделие может быть включено непосредственно между двумя объектами с разными коэффициентами теплового расширения, которые соответствуют коэффициентам теплового расширения этих двух частей. Имеется лишь одна граница (расположенная на поверхности раздела между двумя частями изделия), на которой коэффициенты теплового расширения не совпадают, а не серия таких границ, расположенных между следующими друг за другом слоями разнородных изделий. Границы между частицами имеют тенденцию поглощать напряжения от тепловою расширения, и, следовательно, предотвращается растрескивание или расслоение на соединении между двумя частями. For example, the first and second parts can have different coefficients of thermal expansion, and the product can be included directly between two objects with different coefficients of thermal expansion, which correspond to the coefficients of thermal expansion of these two parts. There is only one boundary (located on the interface between the two parts of the product) at which the thermal expansion coefficients do not coincide, and not a series of such boundaries located between successive layers of dissimilar products. The boundaries between the particles tend to absorb stress from thermal expansion, and therefore, cracking or delamination at the joint between the two parts is prevented.

Многочисленные признаки, цели и преимущества изобретения станут яснее из нижеследующего подробного описания и из формулы изобретения. Numerous features, objects, and advantages of the invention will become clearer from the following detailed description and from the claims.

Фиг. 1 показывает сечение покрытой частицы по изобретению. FIG. 1 shows a cross section of a coated particle of the invention.

Фиг. 2 иллюстрирует объединение покрытых частиц по фиг. 1 посредством уплотнения. FIG. 2 illustrates the combination of coated particles of FIG. 1 through compaction.

Фиг. 3 показывает слой покрытых частиц по фиг. 1, нанесенный на поверхность изделия. FIG. 3 shows a layer of coated particles of FIG. 1, applied to the surface of the product.

Фиг. 4 иллюстрирует корпус электроники, который включает в себя комбинацию конструктивной, тепловой и заземляющей пластин, изготовленных из покрытых частиц по фиг. 1, и выводных рамок, изготовленных из покрытых частиц по фиг. 1. FIG. 4 illustrates an electronics enclosure that includes a combination of structural, thermal, and ground plates made of coated particles of FIG. 1, and lead frames made of the coated particles of FIG. 1.

Фиг. 5 является диаграммой, иллюстрирующей расширение изделия в функции температуры при плотностях 90%, 95% и 100%. FIG. 5 is a diagram illustrating product expansion as a function of temperature at densities of 90%, 95%, and 100%.

Фиг. 6 иллюстрирует объединение двух отдельных слоев покрытых частиц по фиг. 1 посредством уплотнения. FIG. 6 illustrates the combination of two separate layers of coated particles of FIG. 1 through compaction.

Фиг. 7 отображает гибридный корпус электроники, используемый для размещения в нем интегральных схем, который изготавливается из покрытых частиц по фиг. 1. FIG. 7 depicts a hybrid electronics housing used to accommodate integrated circuits in it, which is made of coated particles of FIG. 1.

Фиг. 8 показывает корпус электроники с низкотемпературной керамической подложкой, которая прокаливается, когда поддерживает предварительно спеченную комбинацию конструктивной, тепловой и заземляющей пластин, изготовленных из покрытых частиц по фиг. 1. FIG. 8 shows an electronics housing with a low-temperature ceramic substrate that is calcined when it supports a pre-sintered combination of structural, thermal, and ground plates made of coated particles of FIG. 1.

Фиг. 9 показывает высокомощный полупроводниковый компрессионный модуль, содержащий полупроводниковый прибор, который прижат под давлением к теплоотводу, образованному из покрытых частиц по фиг. 1. FIG. 9 shows a high-power semiconductor compression module comprising a semiconductor device that is pressed under pressure to a heat sink formed from coated particles of FIG. 1.

Фиг. 10 показывает сечение покрытой частицы по изобретению, причем частица имеет тонкое пограничное предварительное покрытие. FIG. 10 shows a cross section of a coated particle according to the invention, the particle having a thin boundary precoating.

Фиг. 11 показывает покрытые частицы по фиг. 10, электролитически осаждаемые на изделие совместно с матричным материалом. FIG. 11 shows the coated particles of FIG. 10 electrolytically deposited on the product together with the matrix material.

Фиг. 12 показывает предварительно покрытые частицы, электролитически осаждаемые на изделие совместно с матричным материалом. FIG. 12 shows precoated particles electrolytically deposited onto an article in conjunction with matrix material.

На чертежах, а конкретнее на их фиг. 1 частица 12, которая может иметь всего несколько микрон в диаметре и которая включает в себя элементный металл, металлический сплав или неметалл, покрыта покрытием 14 из элементного металла, металлического сплава или неметалла для образования покрытой частицы 10. Покрытая частица 10 проявляет запроектированные внутренние физические свойства (например, удельную теплопроводность или коэффициент теплового расширения) и/или внутренние механические свойства (например, прочность на разрыв). Внутренние физические свойства (но не внутренние механические свойства) покрытой частицы 10 имеют тенденцию вести себя в соответствии с правилом смесей Лакке, согласно которому внутренние физические свойства изменяются примерно линейно с отношением объема покрытия 14 к объему частицы 12. Механические свойства меняются нелинейно с отношением объема покрытия 14 к объему частицы 12. In the drawings, and more specifically in FIG. 1, particle 12, which may have only a few microns in diameter and which includes elemental metal, metal alloy or non-metal, is coated with a coating of 14 of elemental metal, metal alloy or non-metal to form coated particle 10. Coated particle 10 exhibits projected internal physical properties (e.g. thermal conductivity or coefficient of thermal expansion) and / or internal mechanical properties (e.g. tensile strength). The intrinsic physical properties (but not intrinsic mechanical properties) of the coated particle 10 tend to behave in accordance with the rule of Lucke mixtures, according to which the intrinsic physical properties vary approximately linearly with the ratio of the coating volume 14 to the particle volume 12. The mechanical properties vary non-linearly with the ratio of the coating volume 14 to the particle volume 12.

Покрытие 14 сцеплено с частицей 12 посредством, например, осаждения методом химического восстановления (метод, рассматриваемый ниже). Внутренние свойства покрытой частицы 10 проектируются путем управления отношением объема покрытия 14 к объему частицы 12, что может достигаться двумя путями: 1) управлением размером частицы 12, либо 2) управлением толщиной покрытия 14. The coating 14 is adhered to the particle 12 by, for example, deposition by chemical reduction (the method discussed below). The internal properties of the coated particle 10 are designed by controlling the ratio of the coating volume 14 to the volume of the particle 12, which can be achieved in two ways: 1) controlling the size of the particle 12, or 2) controlling the thickness of the coating 14.

Частица 12 включает в себя, к примеру, элементный вольфрам, покрытие 14 включает в себя элементную медь, и отношение объемов меди к вольфраму составляет 27: 73%. Медь имеет высокую удельную теплопроводность приблизительно 391 Вт/м•град К (ватт на метр и градус Кельвина) и относительно высокий коэффициент теплового расширения приблизительно 17,5 мил. частей/град C (миллионных частей на градус Цельсия) в температурном диапазоне от 25 до 400oC, тогда как вольфрам имеет относительно низкую удельную теплопроводность приблизительно 164 Вт/м•град К и относительно низкий коэффициент теплового расширения приблизительно 4,5 мил.частей/град C в диапазоне от 25 до 400oC. Покрытая медью вольфрамовая частица 10 имеет удельную теплопроводность приблизительно 226 Вт/м•град К при 25oC (промежуточную между высокой удельной теплопроводностью меди и более низкой удельной теплопроводностью вольфрама) и запроектированный коэффициент теплового расширения приблизительно 8,2 мил.частей/град К (промежуточный между низким коэффициентом теплового расширения вольфрама и более высоким коэффициентом теплового расширения меди) в диапазоне от 25 до 400oC.Particle 12 includes, for example, elemental tungsten, coating 14 includes elemental copper, and the ratio of the volumes of copper to tungsten is 27: 73%. Copper has a high thermal conductivity of approximately 391 W / m • deg K (watts per meter and Kelvin) and a relatively high coefficient of thermal expansion of approximately 17.5 mil. parts / deg C (ppm per degree Celsius) in the temperature range of 25 to 400 ° C., while tungsten has a relatively low thermal conductivity of approximately 164 W / m • deg K and a relatively low coefficient of thermal expansion of approximately 4.5 mil. / deg C in the range from 25 to 400 o C. The coated copper tungsten particle 10 has a thermal conductivity of approximately 226 W / m • ° K at 25 o C (intermediate between the high thermal conductivity of copper and the lower thermal conductivity of tungsten) and zaproekt Rowan thermal expansion coefficient of about 8.2 mil.chastey / deg K (intermediate between the low coefficient of thermal expansion of tungsten and the higher coefficient of thermal expansion of copper) in the range from 25 to 400 o C.

На фиг. 2 показано штамповочно-прессовое устройство 16, включающее пуансон 18 и форму 20, которое используется для объединения покрытых частиц 10 в изделие 22 путем уплотнения (при этом покрытые частицы 10 имеют запроектированные свойства, как описано в связи с фиг. 1). Уплотненное изделие 22 спечено в твердом состоянии (спечено при температуре ниже точки плавления частиц и точки плавления покрытий этих частиц) или, альтернативно, спечено в жидкой фазе (спечено при температуре выше точки плавления покрытий, но ниже точки плавления частиц). Плавление вызывает образование границ между частицами для получения гетерогенного изделия. Покрытие частиц, таким образом, служит в качестве "матричного материала" (материала, который удерживает частицы вместе, образуя изделие). In FIG. 2 shows a stamping device 16 comprising a punch 18 and a mold 20 that is used to combine coated particles 10 into article 22 by sealing (wherein coated particles 10 have the designed properties as described in connection with FIG. 1). The densified article 22 is sintered in the solid state (sintered at a temperature below the melting point of the particles and the melting point of the coatings of these particles) or, alternatively, sintered in the liquid phase (sintered at a temperature above the melting point of the coatings, but below the melting point of the particles). Melting causes the formation of boundaries between particles to obtain a heterogeneous product. Coating the particles thus serves as a “matrix material” (a material that holds the particles together to form an article).

Изделие 22 имеет запроектированные внутренние физические свойства (например, удельную теплопроводность и/или коэффициент теплового расширения) и/или внутренние механические свойства (на пример, прочность на разрыв), соответствующие свойствам покрытых частиц 10, из которых изготовлено изделие. Запроектированные внутренние свойства покрытых частиц 10 проявляются с высокой степенью равномерности и изотропии по всему изделию 22 потому, что каждая частица 10 имеет равномерное покрытие, и потому, что нет неотъемлемой случайности в распределении различных материалов или разделения между различными материалами внутри изделия 22. Тем самым внутренние свойства изделия 22 запроектированы на "уровне частиц", а не на "уровне изделия". Изделие 22 представляет собой, например, тепловую и конструктивную пластину для корпуса электроники, причем тепловая и конструктивная пластина запроектирована иметь коэффициент теплового расширения, совпадающий с таким же коэффициентом объекта, к которому она прикрепляется, и запроектирована иметь высокую удельную теплопроводность, как описано ниже в связи с фиг. 4. The article 22 has projected internal physical properties (for example, thermal conductivity and / or coefficient of thermal expansion) and / or internal mechanical properties (for example, tensile strength) corresponding to the properties of the coated particles 10 of which the product is made. The designed internal properties of the coated particles 10 are manifested with a high degree of uniformity and isotropy throughout the product 22 because each particle 10 has a uniform coating, and because there is no inherent randomness in the distribution of different materials or separation between different materials within the product 22. Thus, the internal the properties of the article 22 are designed at the "particle level", and not at the "product level". Product 22 is, for example, a thermal and structural plate for an electronics housing, wherein the thermal and structural plate is designed to have a coefficient of thermal expansion that matches the same coefficient of the object to which it is attached, and is designed to have high thermal conductivity, as described below in connection with FIG. 4.

Покрытые медью вольфрамовые частицы, к примеру, имеющие отношение объемов меди к вольфраму 27:73%, уплотняются в прессе 16 при усилии 200 тонн на квадратный дюйм площади поверхности для достижения полной плотности (выше плотности приблизительно 90%), и уплотненные покрытые частицы спекаются в твердом состоянии в водородной атмосфере при 1950 градусах Фаренгейта в течение примерно получаса. Copper-coated tungsten particles, for example, having a ratio of copper to tungsten volumes of 27: 73%, are compacted in press 16 at a force of 200 tons per square inch of surface area to achieve full density (above a density of approximately 90%), and the densified coated particles are sintered into solid state in a hydrogen atmosphere at 1950 degrees Fahrenheit for about half an hour.

Покрытые частицы 10 могут объединяться не только так, как описано выше, но эти покрытые частицы могут также наноситься на объекты в качестве покрытий. На фиг. 3 показано покрытие 28 из покрытых частиц 10 с запроектированными свойствами. Покрытие 28 наносится на поверхность изделия 30 из металла, металлического сплава или неметалла через маску 29 для нанесения покрытия. Изделие 30 может альтернативно быть изделием, которое само образовано из покрытых частиц посредством любого из рассмотренных выше методов. В процессе нанесения покрытые частицы, например, покрытые медью вольфрамовые частицы с отношением объемов меди к вольфраму 27:73%, помещаются в жидкость, и покрытие образуется из частиц, например, окиси бериллия посредством одного из методов нанесения, подробно рассматриваемых ниже. Таким образом, возможно создавать покрытие непосредственно на изделии без необходимости применять соединение между покрытием и изделием. Coated particles 10 can be combined not only as described above, but these coated particles can also be applied to objects as coatings. In FIG. 3 shows a coating 28 of coated particles 10 with the designed properties. Coating 28 is applied to the surface of a product 30 of metal, metal alloy or non-metal through a mask 29 for coating. Product 30 may alternatively be a product that is itself formed from coated particles by any of the methods discussed above. During the application process, coated particles, for example, copper-coated tungsten particles with a ratio of copper to tungsten volumes of 27: 73%, are placed in a liquid and the coating is formed from particles, for example, beryllium oxide, using one of the application methods described in detail below. Thus, it is possible to create a coating directly on the product without having to apply a connection between the coating and the product.

Покрытие 28 имеет запроектированные внутренние физические свойства (например, удельную теплопроводность, коэффициент теплового расширения) и/или внутренние механические свойства (например, прочность на разрыв), которые совпадают со свойствами покрытых частиц, из которых изготовлены эти покрытия. Запроектированные внутренние свойства покрытых частиц проявляются с высокой степенью равномерности и изотропии во всем покрытии 28 потому, что каждая частица покрыта равномерно, и потому, что отсутствует неотъемлемая случайность в распределении различных материалов или разделение между различными материалами внутри покрытия 28. Таким образом, внутренние свойства покрытия 28 проектируются на "уровне частиц", а не на "уровне покрытия". Заметим, однако, что описанный выше метод нанесения может также воплощаться и в том случае, когда покрытие 28 не содержит покрытых частиц, но вместо этого состоит из смеси различных частиц, выбранных из двух различных материалов в подходящем соотношении объемов. Coating 28 has projected internal physical properties (e.g., thermal conductivity, coefficient of thermal expansion) and / or internal mechanical properties (e.g., tensile strength) that match the properties of the coated particles of which these coatings are made. The designed internal properties of the coated particles are manifested with a high degree of uniformity and isotropy throughout the coating 28 because each particle is coated uniformly, and because there is no inherent randomness in the distribution of different materials or separation between different materials within the coating 28. Thus, the internal properties of the coating 28 are designed at the “particle level” rather than the “coating level”. Note, however, that the application method described above can also be implemented when coating 28 does not contain coated particles, but instead consists of a mixture of different particles selected from two different materials in a suitable volume ratio.

На фиг. 4 показан корпус 32 электроники, который включает в себя полупроводниковые приборы 34, установленные на подложке 35, причем эта подложка 35 поддерживается комбинированной конструктивной, тепловой и заземляющей пластиной 36, образованной из покрытых частиц. Полупроводниковые приборы 34 представляют собой, к примеру, высокомощные твердотельные переключающие приборы (такие, как те, которые могут включаться в схему транспортного средства с электрическим двигателем) и вырабатывают в процессе работы значительные количества тепла. Подложка 35, к которой полупроводниковые приборы 34 прикреплены посредством клеевой связи, диффузионной связи, твердого или мягкого припоя либо пайки, образована из материала, выбранного так, чтобы его коэффициент теплового расширения примерно совпадал с таким же коэффициентом полупроводниковых приборов 34, как это известно из уровня техники, чтобы облегчить прикрепление полупроводниковых приборов 34 к подложке 35. Конструктивная пластина 36 изготовлена согласно настоящему изобретению из покрытых частиц. Материал частиц, материал покрытия и отношение объемов материала покрытия к материалу частиц выбраны так, чтобы конструктивная пластина 36 имела высокую удельную теплопроводность (чтобы дать ей возможность работать в качестве теплоотвода и тепловой пластины) и при этом имела коэффициент теплового расширения, практически совпадающий с коэффициентом теплового расширения подложки 35. И удельная теплопроводность, и коэффициент теплового расширения в высокой степени равномерны и изотропны во всей конструктивной пластине 36. In FIG. 4 shows an electronics housing 32 that includes semiconductor devices 34 mounted on a substrate 35, which substrate 35 is supported by a combined structural, thermal, and ground plate 36 formed from coated particles. Semiconductor devices 34 are, for example, high-power solid-state switching devices (such as those that can be included in the circuit of a vehicle with an electric motor) and generate significant amounts of heat during operation. The substrate 35, to which the semiconductor devices 34 are attached by adhesive bonding, diffusion bonding, hard or soft solder or soldering, is formed from a material selected so that its coefficient of thermal expansion approximately matches the same coefficient of semiconductor devices 34, as is known from the level techniques to facilitate the attachment of semiconductor devices 34 to the substrate 35. The structural plate 36 is made according to the present invention from coated particles. The particle material, the coating material, and the ratio of the volumes of the coating material to the particle material are selected so that the structural plate 36 has a high thermal conductivity (to enable it to work as a heat sink and a thermal plate) and at the same time has a coefficient of thermal expansion that practically coincides with the coefficient of thermal substrate expansion 35. Both the thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion are highly uniform and isotropic throughout the structural plate 36.

Подложка 35 образована, к примеру, из нитрида алюминия с коэффициентом теплового расширения приблизительно 4,4 мил.частей/градoC в диапазоне от 25 до 400oC. Конструктивная пластина 36 выполнена из покрытых медью графитовых частиц с отношением объемов меди к графиту 24:76%. Это отношение объемов обеспечивает удельную теплопроводность приблизительно 325 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 4,3 мил.частей/град C (от 25 до 400oC), который точно совпадает с этим коэффициентом для подложки 35 из нитрида алюминия. Медный матричный материал обеспечивает высокую прочность на разрыв (внутреннее механическое свойство) в конструктивной пластине 36. Альтернативно, конструктивная пластина 36 выполнена из покрытых медью алмазных частиц с отношением объемов меди к алмазу 20:80%. Это отношение объемов обеспечивает удельную теплопроводность приблизительно 781 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 4,8 мил. частей/град C (от 25 до 400oC).The substrate 35 is formed, for example, of aluminum nitride with a coefficient of thermal expansion of approximately 4.4 mil.parts / deg o C in the range from 25 to 400 o C. The structural plate 36 is made of copper-coated graphite particles with a ratio of copper to graphite 24 : 76%. This volume ratio provides a thermal conductivity of approximately 325 W / m • deg K and a thermal expansion coefficient of approximately 4.3 ppm / deg C (25 to 400 ° C), which exactly matches this coefficient for the aluminum nitride substrate 35. The copper matrix material provides high tensile strength (internal mechanical property) in the structural plate 36. Alternatively, the structural plate 36 is made of copper coated diamond particles with a ratio of 20: 80% copper to diamond. This volume ratio provides a thermal conductivity of approximately 781 W / m • deg K and a thermal expansion coefficient of approximately 4.8 mil. parts / city C (25 to 400 o C).

Альтернативно, подложка 35 образована из окиси бериллия (BeO) с коэффициентом теплового расширения приблизительно 7,6 мил.частей/град C (от 25 до 400oC). Конструктивная пластина 36 выполнена из покрытых медью графитовых частиц с отношением объемов меди к графиту 42:58%. Это отношение объемов обеспечивает удельную теплопроводность приблизительно 380 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 7,6 мил.частей/град C (от 25 до 400oC), который точно совпадает с таким же коэффициентом подложки 35 из окиси бериллия. Альтернативно, конструктивная пластина 36 выполнена из покрытых медью алмазных частиц с отношением объемов меди к алмазу 37:63%. Это отношение объемов обеспечивает удельную теплопроводность приблизительно 698 В/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 7,6 мил. частей/град C (от 25 до 400oC). Альтернативно, конструктивная пластина 36 выполнена из покрытых медью вольфрамовых частиц с отношением объемов меди к вольфраму приблизительно 27: 73%. Это отношение объемов обеспечивает удельную теплопроводность приблизительно 226 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 8,2 мил.частей/град C (от 25 до 400oC).Alternatively, the substrate 35 is formed from beryllium oxide (BeO) with a coefficient of thermal expansion of approximately 7.6 ppm / deg C (25 to 400 ° C). Structural plate 36 is made of copper-coated graphite particles with a ratio of copper to graphite volumes of 42: 58%. This volume ratio provides a thermal conductivity of approximately 380 W / m • deg K and a coefficient of thermal expansion of approximately 7.6 ppm / deg C (25 to 400 ° C.), which exactly matches the same coefficient of the beryllium oxide substrate 35. Alternatively, the structural plate 36 is made of copper coated diamond particles with a ratio of copper to diamond volume of 37: 63%. This volume ratio provides a thermal conductivity of approximately 698 V / m • deg K and a thermal expansion coefficient of approximately 7.6 mil. parts / city C (25 to 400 o C). Alternatively, the structural plate 36 is made of copper-coated tungsten particles with a ratio of copper to tungsten volumes of approximately 27: 73%. This volume ratio provides a thermal conductivity of approximately 226 W / m • deg K and a coefficient of thermal expansion of approximately 8.2 ppm / deg C (25 to 400 ° C.).

Конструктивная пластина 36 прикреплена к подложке 35 следующим образом. Тонкий слой покрытых частиц осаждается сначала на нижнюю поверхность подложки 35, как показано на фиг. 3, в соответствии с описанным ниже методом. Затем конструктивная пластина 36, которая уплотнена (так, как описано выше для фиг. 2), но еще не спечена, приводится в соприкосновение с поверхностью нанесения подложки 35. Затем эта конструкция спекается, чтобы заставить подложку 35 и конструктивную пластину 36 соединиться вместе в единую конструкцию. Альтернативно, конструктивная пластина 36 связана с подложкой 35 пайкой, твердым или мягким припоем, диффузией или клеевым соединением. The structural plate 36 is attached to the substrate 35 as follows. A thin layer of coated particles is first deposited on the lower surface of the substrate 35, as shown in FIG. 3, in accordance with the method described below. Then, the structural plate 36, which is sealed (as described above for FIG. 2) but not yet sintered, is brought into contact with the deposition surface of the substrate 35. This structure is then sintered to force the substrate 35 and the structural plate 36 to join together into a single construction. Alternatively, the structural plate 36 is bonded to the substrate 35 by soldering, hard or soft solder, diffusion or adhesive bonding.

Выводные рамки 38, к которым полупроводниковые приборы 34 прикреплены посредством проводных связей 40, передающих питание, заземление, входные и выходные сигналы на полупроводниковые приборы 34 и от них, также изготавливаются из покрытых частиц согласно настоящему изобретению, чтобы иметь коэффициент теплового расширения, практически совпадающий с коэффициентом теплового расширения подложки 35. Подложка 35 образована, например, из окиси бериллия (BeO) с коэффициентом теплового расширения приблизительно 7,6 мил. частей/град C (от 25 до 400oC), а выводная рамка 38 изготовлена из покрытых медью частиц никеля 42 (никель 42 представляет собой железо-никелевый сплав) с отношением объемов меди к никелю 42 в 20:80%, удельной теплопроводностью приблизительно 86,78 Вт/м•град К и коэффициентом теплового расширения приблизительно 8,1 мил.частей/град C (от 25 до 400oC). Заметим, что покрытый медью никель 42 не должен иметь такой высокой удельной теплопроводности, как покрытый медью графит, используемый в конструктивной пластине 36, потому что выводные рамки 38 не предназначены выполнять функции теплоотвода. Альтернативно, однако, выводные рамки 38 могут изготавливаться из тех же самых покрытых частиц, из которых изготавливается конструктивная пластина 36. Выводные рамки 38 наносятся через маску для нанесения покрытия прямо на верхнюю поверхность подложки 35 согласно методу, описанному выше в связи в фиг. 3. В одном выполнении выводные рамки 38 спекаются, чтобы обеспечить достижение выводными рамками желательной плотности.The lead frames 38 to which the semiconductor devices 34 are attached via wire connections 40 that transmit power, ground, input and output signals to and from the semiconductor devices 34 are also made of coated particles according to the present invention in order to have a coefficient of thermal expansion substantially coinciding with thermal expansion coefficient of the substrate 35. The substrate 35 is formed, for example, of beryllium oxide (BeO) with a thermal expansion coefficient of approximately 7.6 mils. parts / degree C (from 25 to 400 o C), and the output frame 38 is made of copper-coated nickel particles 42 (nickel 42 is an iron-nickel alloy) with a ratio of copper to nickel 42 in 20: 80%, thermal conductivity of approximately 86.78 W / m • deg K and a coefficient of thermal expansion of approximately 8.1 mil.parts / deg C (25 to 400 o C). Note that the copper-coated nickel 42 should not have such a high thermal conductivity as the copper-coated graphite used in the structural plate 36, because the lead frames 38 are not designed to perform the functions of heat removal. Alternatively, however, the lead frames 38 may be made of the same coated particles from which the structural plate 36 is made. The lead frames 38 are applied via a coating mask directly to the upper surface of the substrate 35 according to the method described above in connection with FIG. 3. In one embodiment, the lead frames 38 are sintered to ensure that the lead frames reach the desired density.

Даже при заданных больших уровнях мощности, тепловых плотностях и рабочих частотах, которые характерны для новой мощной электронной техники, и при больших и быстрых изменениях в температуре, которые в результате обычно происходят во время работы полупроводниковых приборов 34, маловероятно, что появятся трещины и отслоения в соединениях подложки 35 и выводных рамок 38 и между подложкой 35 и конструктивной пластиной 36, вследствие практического совпадения коэффициентов теплового расширения в соединении и из-за равномерности и изотропности, с которыми удельная теплопроводность и коэффициенты теплового расширения проявляются во всей конструктивной пластине 36 и во всех выводных рамках 38. Вследствие этого вся конструкция 32 корпуса имеет длительный срок службы. Even with given large power levels, thermal densities and operating frequencies that are characteristic of new powerful electronic equipment, and with large and rapid changes in temperature that usually occur during operation of semiconductor devices 34, it is unlikely that cracks and delaminations will appear in connections of the substrate 35 and the output frames 38 and between the substrate 35 and the structural plate 36, due to the practical coincidence of the coefficients of thermal expansion in the connection and due to uniformity and isotropy, by which the thermal conductivity and thermal expansion coefficients appear in the entire structural plate 36 and in all the output frames 38. As a result, the entire housing structure 32 has a long service life.

Запроектированные внутренние свойства изделия, изготовленного согласно описанному выше методу, не только являются функцией материалов, выбранных для частиц и покрытий частиц и функцией отношения объемов покрывающего материала к материалу, из которого образованы сами эти частицы, но, в дополнение к этому, на поведение этих внутренних свойств подобных изделий в зависимости от температуры (например, степень линейности коэффициента теплового расширения в зависимости от температуры) влияют плотности изделия. Таким образом, управляя плотностью такого изделия, можно приблизить поведение коэффициента теплового расширения изделия в зависимости от температуры к коэффициенту теплового расширения керамики (который ведет себя нелинейно в зависимости от температуры) в критических температурных диапазонах обработки. The designed internal properties of the product manufactured according to the method described above are not only a function of the materials selected for particles and particle coatings and a function of the ratio of the volumes of the coating material to the material from which these particles are formed, but, in addition, on the behavior of these internal the properties of such products depending on temperature (for example, the degree of linearity of the coefficient of thermal expansion depending on temperature) affect the density of the product. Thus, by controlling the density of such a product, it is possible to approximate the behavior of the coefficient of thermal expansion of the product depending on temperature to the coefficient of thermal expansion of ceramics (which behaves non-linearly depending on temperature) in the critical temperature ranges of processing.

Фиг. 5 представляет график теплового расширения в миллионных частях как функцию температуры для изделий, образованных из покрытых медью вольфрамовых частиц с отношением объемов меди к вольфраму 27:73% (15% меди к 85% вольфрама по весу) при плотностях приблизительно 100% (теоретическая плотность), 95% и 90%, и для двух керамических материалов (BeO и Al2O3), с которыми характер расширения изделия может приблизительно совпадать в критических температурных диапазонах обработки за счет выбора подходящей плотности. Отметим, что степень, до которой расширяется изделие (т.е. значение коэффициента теплового расширения), уменьшается при уменьшении плотности. Тем самым можно выбирать поведение коэффициента теплового расширения (или поведение других свойств, таких как удельная теплопроводность) в зависимости от температуры, и в целом можно тем самым дополнительно уточнять физические свойства путем выбора плотности, при которой изготавливается изделие. Отметим, что свойствами изделий, изготавливаемых из непокрытых частиц, также можно управлять путем выбора плотностей, при которых эти изделия изготавливаются.FIG. 5 is a graph of thermal expansion in parts per million as a function of temperature for articles formed from copper-coated tungsten particles with a ratio of copper to tungsten volumes of 27: 73% (15% copper to 85% tungsten by weight) at densities of about 100% (theoretical density) , 95% and 90%, and for two ceramic materials (BeO and Al 2 O 3 ), with which the nature of the expansion of the product can approximately coincide in the critical temperature ranges of processing by choosing the appropriate density. Note that the degree to which the product expands (i.e., the coefficient of thermal expansion) decreases with decreasing density. Thus, it is possible to choose the behavior of the coefficient of thermal expansion (or the behavior of other properties, such as thermal conductivity) depending on the temperature, and in general, it is thereby possible to further refine the physical properties by choosing the density at which the product is manufactured. Note that the properties of products made from uncoated particles can also be controlled by selecting the densities at which these products are made.

Способы покрытия
Обратимся сначала к способам покрытия самих частиц. Затем рассмотрим способы нанесения на изделия покрытий из покрытых частиц.
Coating Methods
We turn first to the methods of coating the particles themselves. Then, we consider methods of applying coatings of coated particles to articles.

На фиг. 1 покрытие 14 нанесено на частицу 12 с помощью использования соответствующего процесса осаждения методом химического восстановления (автокаталитического осаждения). Подлежащие покрытию частицы помещаются в ванну химического восстановления, которая содержит водный раствор ионов металла, один или более химических восстановителей, катализатор, один или более комплексообразующих реагентов и один или более ванновых антикоагуляторов. Ионы металла автокаталитически или химически восстанавливаются до металла с помощью восстановителя или восстановителей, при этом восстановитель или восстановители действуют как доноры электронов, а ионы металла действуют как акцепторы электронов. Катализатор ускоряет реакцию химического восстановления. Комплексообразующий реагент или реагенты используются для управления показателем pH раствора и для управления величиной "свободных" ионов металла, доступных для растворения. Антикоагуляторы действуют как каталитические ингибиторы для торможения возможного спонтанного разложения ванны. В одном выполнении, к примеру, подвергаемые нанесению частицы являются частицами графита, алмаза или карбида кремния, ионы меди поставляются водным сульфатом меди, восстановителем является формальдегид, катализатор представляет собой палладий, комплексообразующий реагент - один или более из группы, куда входят: сегнетова соль, виннокислый этилендиамин (EDTA), гидроокись аммония, пиридин-3-сульфокислота и/или виннокислый калий, а антикоагулятор - один или более из группы, куда входят: тиодигликолевая кислота, МВТ, тиомочевина, цианистый натрий и/или окись ванадия. In FIG. 1, coating 14 is applied to particle 12 using an appropriate chemical reduction (autocatalytic deposition) deposition process. Particles to be coated are placed in a chemical reduction bath, which contains an aqueous solution of metal ions, one or more chemical reducing agents, a catalyst, one or more complexing agents and one or more bath anticoagulants. Metal ions are autocatalytically or chemically reduced to metal using a reducing agent or reducing agents, while the reducing agent or reducing agents act as electron donors, and metal ions act as electron acceptors. The catalyst accelerates the chemical reduction reaction. The complexing reagent or reagents are used to control the pH of the solution and to control the amount of “free” metal ions available for dissolution. Anticoagulants act as catalytic inhibitors to inhibit the possible spontaneous decomposition of the bath. In one embodiment, for example, the particles to be applied are particles of graphite, diamond or silicon carbide, copper ions are supplied with aqueous copper sulfate, the reducing agent is formaldehyde, the catalyst is palladium, the complexing reagent is one or more of the group consisting of: Rochelle salt, ethylene diamine tartrate (EDTA), ammonium hydroxide, pyridin-3-sulfonic acid and / or potassium tartrate, and the anticoagulant is one or more of the group consisting of thiodiglycolic acid, MBT, thiourea, sodium cyanide th and / or vanadium oxide.

Осаждение методом химического восстановления создает либо механическую связь, либо химическую связь между покрытием 14 и частицей 12. Эта связь, как правило (но не всегда), будет механической, если либо покрытие 14, либо частица 12 является неметаллом, и, как правило, будет химической, если и покрытие 14, и частица 12 являются металлами. Precipitation by chemical reduction creates either a mechanical bond or a chemical bond between coating 14 and particle 12. This bond, as a rule (but not always), will be mechanical if either coating 14 or particle 12 is non-metal, and will usually be chemical, if both coating 14 and particle 12 are metals.

Альтернативные способы покрытия частиц включают в себя электролитическое нанесение, напыление из газообразной среды и напыление из жидкой среды. Alternative methods for coating particles include electrolytic deposition, sputtering from a gaseous medium, and sputtering from a liquid medium.

Как показано на фиг. 10, в некоторых выполнениях, в которых покрытие 14 образовало бы только механическую связь с частицей 12, если бы покрытие 14 было нанесено прямо на частицу осаждением путем химического восстановления, частица 12 предварительно покрыта сверхтонким слоем 68 (на чертежах толщина увеличена) материала предварительного покрытия, а затем нанесено покрытие 14. Предварительное покрытие (пограничное покрытие) 68 прочно связано с частицей 12 и покрытием 14, создавая прочную, стойкую к разрушению химически связанную покрытую частицу 10. Например, если частица 12 является графитом или алмазом, а покрытие 14 представляет собой медь, то покрытие 14 образовало бы механическую связь с графитом или алмазом, если бы покрытие 14 было нанесено прямо на графит или алмаз. Вместо этого на частицу 12 сначала наносится предварительное покрытие 68 из такого металла, как хром или кобальт-вольфрамовый сплав с толщиной в диапазоне от 200 до нескольких тысяч ангстрем, причем предварительное покрытие 68 образует когезионный состав с частицей 12 на поверхности раздела между предварительным покрытием 68 и частицей 12. Затем покрытие 14 наносится на хромовое или кобальт-вольфрамовое предварительное покрытие 68, при этом предварительное покрытие 68 образует металлургическую связь с покрытием 14. Предварительное покрытие практически не влияет на удельную теплопроводность или коэффициент теплового расширения покрытой частицы 10, потому что это предварительное покрытие является сверхтонким. В одном выполнении малая управляемая величина палладиевого или борового катализатора осаждается совместно с кобальт-вольфрамовым материалом предварительного покрытия, причем этот катализатор служит для ускорения реакции химического восстановления, посредством которой медное покрытие 14 осаждается на кобальт-вольфрамовое предварительное покрытие 68. As shown in FIG. 10, in some embodiments, in which the coating 14 would form only a mechanical bond with the particle 12, if the coating 14 were applied directly to the particle by deposition by chemical reduction, the particle 12 is pre-coated with an ultrathin layer 68 (in the drawings, the thickness is increased) of the pre-coating material, and then a coating 14. A pre-coating (boundary coating) 68 is firmly bonded to the particle 12 and the coating 14, creating a strong, fracture-resistant chemically bonded coated particle 10. For example, if the particle 12 is graphite or diamond, and coating 14 is copper, coating 14 would form a mechanical bond with graphite or diamond if coating 14 were applied directly to graphite or diamond. Instead, particle 12 is first coated with a pre-coating 68 of a metal such as chromium or a cobalt-tungsten alloy with a thickness ranging from 200 to several thousand angstroms, with the pre-coating 68 forming a cohesive composition with a particle 12 at the interface between the pre-coating 68 and particle 12. Then, the coating 14 is applied to the chrome or cobalt-tungsten pre-coating 68, while the pre-coating 68 forms a metallurgical bond with the coating 14. The pre-coating is practical It does not affect the thermal conductivity or coefficient of thermal expansion of the coated particle 10, because this preliminary coating is ultrafine. In one embodiment, a small controlled quantity of a palladium or boron catalyst is deposited together with a cobalt-tungsten pre-coating material, this catalyst serving to accelerate a chemical reduction reaction by which a copper coating 14 is deposited on a cobalt-tungsten pre-coating 68.

Предварительное покрытие используется также, когда покрытие 14 реагирует с частицей 12, разъедается ею или разрушается от нее каким-либо иным путем, либо наоборот. Например, если частица 12 представляет собой графит или алмаз, а покрытие 14 - алюминий, то высокореагентный алюминий растворял бы графит или алмаз, если бы покрытие 14 было нанесено прямо на частицу 12. Вместо этого на частицу 12 сначала осажден тонкий слой 68 металла, такого как хром или кобальт-вольфрам, а затем на предварительное покрытие 68 нанесено покрытие 14 для образования покрытой частицы 10. Это предварительное покрытие 68 образует когезионную связь с графитовой или алмазной частицей 12, тем самым предохраняя частицу 12 от алюминиевого матричного материала. Таким образом, предварительное покрытие 68 позволяет выпускать изделия из покрытых частиц, когда частицы и их покрытия в ином случае стремились бы реагировать друг с другом. The precoating is also used when the coating 14 reacts with the particle 12, is corroded by it or is destroyed from it in some other way, or vice versa. For example, if particle 12 is graphite or diamond, and coating 14 is aluminum, then highly reagent aluminum would dissolve graphite or diamond if coating 14 were applied directly to particle 12. Instead, a thin layer of metal 68 was first deposited on particle 12, such like chromium or cobalt-tungsten, and then a pre-coating 68 is coated 14 to form a coated particle 10. This pre-coating 68 forms a cohesive bond with a graphite or diamond particle 12, thereby protecting particle 12 from an aluminum matrix Nogo material. Thus, pre-coating 68 allows the release of articles from coated particles when the particles and their coatings would otherwise seek to react with each other.

Предварительное покрытие 68 делает также возможным подмешивать частицы, покрытые тонким слоем предварительного покрытия (но без покрытия 14) в расплавленный сплав, где частицы и сплав в ином случае стремились бы вступать в реакцию друг с другом. К примеру, графитовые частицы, покрытые тонким слоем кобальт-вольфрамового предварительного покрытия, добавляются в алюминиевый сплав в вакууме, и этот сплав, содержащий частицы, отливается под давлением или выдавливается в сетчатое (или примерно сетчатое) изделие, которое в одном выполнении используется в качестве продукта теплового управления для электроники (например, теплоотвод и тепловая пластина). Кобальт-вольфрамовое предварительное покрытие образует когезионную связь с графитовыми частицами и образует металлургическую связь с алюминиевым сплавом. Отношение объемов частиц в материале сплава (частицы составляют примерно до 50% по объему) выбирается так, чтобы вызвать в результирующем изделии за проектированные физические свойства, такие как удельная теплопроводность или коэффициент теплового расширения. Альтернативно, предварительно покрытые частицы добавляются к сплаву, чтобы механически упрочнить результирующее изделие или повлиять на его вес. Pre-coating 68 also makes it possible to mix particles coated with a thin layer of pre-coating (but without coating 14) into the molten alloy, where the particles and alloy would otherwise tend to react with each other. For example, graphite particles coated with a thin layer of cobalt-tungsten pre-coating are added to an aluminum alloy in vacuum, and this alloy containing particles is cast under pressure or extruded into a mesh (or approximately mesh) product, which is used as one thermal management product for electronics (e.g. heat sink and heat plate). The cobalt-tungsten precoat forms a cohesive bond with graphite particles and forms a metallurgical bond with an aluminum alloy. The ratio of the volumes of particles in the alloy material (particles are up to about 50% by volume) is selected so as to induce physical properties in the resulting product for the designed properties, such as thermal conductivity or coefficient of thermal expansion. Alternatively, pre-coated particles are added to the alloy to mechanically harden the resulting article or affect its weight.

Рассмотрим теперь способы нанесения на изделия покрытий из покрытых частиц. Обратимся снова к фиг. 3, где на изделие 30 нанесено покрытие 28 из покрытых частиц 10 (изделие 30 при этом является, к примеру, подложкой, на которой покрытие 28 образует, например, выводную рамку). Если изделие 30 - металлическое или из металлического сплава, то покрытие 28 электролитически осаждено прямо на изделие 30 посредством описанного ниже метода. Если изделие 30 непроводящее (например, керамика), то изделие 30 сначала покрыто тонким покрытием из проводящего материала, такого как матричный материал, которым покрыты покрытые частицы 10, с помощью осаждения методом химического восстановления (автокаталитического восстановления). Ванна химического восстановления содержит водный раствор, содержащий ионы металла, один или более химических восстановителей, катализатор, один или более комплексообразующих реагентов и один или более ванных коагуляторов, как описано выше. Ионы металла автокаталитически и химически восстанавливаются с по мощью восстановителя или восстановителей, которые заставляют металл осаждаться на изделие 30. Альтернативно, частицы (не покрытые, с предварительным покрытием или покрытые) помещаются в водный раствор, и частицы покрываются металлом и одновременно покрытые металлом частицы наносятся на изделие 30. Вследствие того, что осаждение методом химического восстановления медленнее, чем электролитическое нанесение, покрытые частицы 10 электролитически наносятся на тонкий проводящий слой (посредством описанного ниже метода), как только образован этот тонкий проводящий слой, формируя за счет этого покрытие 28. Let us now consider the methods of applying coatings of coated particles to articles. Turning again to FIG. 3, where the article 30 is coated with 28 of the coated particles 10 (the article 30 is, for example, a substrate on which the coating 28 forms, for example, an exit frame). If the article 30 is metallic or from a metal alloy, then the coating 28 is electrolytically deposited directly onto the article 30 by the method described below. If the article 30 is non-conductive (eg, ceramic), then the article 30 is first coated with a thin coating of a conductive material, such as a matrix material, with which the coated particles 10 are coated, by deposition by chemical reduction (autocatalytic reduction). A chemical reduction bath contains an aqueous solution containing metal ions, one or more chemical reducing agents, a catalyst, one or more complexing agents, and one or more bath coagulators, as described above. Metal ions are autocatalytically and chemically reduced using a reducing agent or reducing agents that cause the metal to deposit on the article 30. Alternatively, particles (uncoated, precoated or coated) are placed in an aqueous solution and the particles are coated with metal and simultaneously coated with metal, the particles are deposited on article 30. Due to the fact that deposition by chemical reduction is slower than electrolytic deposition, coated particles 10 are electrolytically deposited on a thin conducting layer (using the method described below) as soon as this thin conductive layer is formed, thereby forming a coating 28.

Согласно фиг. 11, покрытие 28 наносится на проводящее изделие 30 (или непроводящее изделие, металлизированное тонким проводящим слоем, как описано выше) с помощью использования электролитического совместного осаждения покрытых частиц 10 и матричного материала (материала, из которого образованы покрытия 14 покрытых частиц 10) на изделие 10. По мере того, как покрытые частицы 10 (например, графитовые частицы 12, покрытые тонким промежуточным предварительным покрытием 68 из хрома или кобальта-вольфрама, на которое наносится медное покрытие 14) осаждаются на изделие 30, матричный материал одновременно осаждается вокруг покрытых частиц для заполнения промежутков между покрытыми частицами, образуя покрытие 28. According to FIG. 11, coating 28 is applied to a conductive article 30 (or a non-conductive article metallized with a thin conductive layer, as described above) by using electrolytic co-deposition of coated particles 10 and matrix material (the material from which coatings 14 of coated particles 10 are formed) onto article 10 As coated particles 10 (for example, graphite particles 12 coated with a thin intermediate pre-coating 68 of chromium or cobalt-tungsten, on which a copper coating 14 is applied) are deposited on the product 30, matrix material is simultaneously deposited around the coated particles to fill the gaps between the coated particles, forming a coating 28.

Как показано на фиг. 12, в альтернативном способе электролитического осаждения матричный материал и частицы 12 (которые покрыты предварительным покрытием 68, как описано выше, но которые еще не покрыты матричным материалом) осаждаются совместно на изделие 30. По мере того, как частицы 12 осаждаются на изделие 30, эти частицы одновременно покрываются матричным материалом Для образования покрытия 28. К примеру, частицы 12 являются графитом, матричный материал - медью, а материал предварительного покрытия представляет собой такой металл, как хром или кобальт-вольфрам. As shown in FIG. 12, in an alternative electroplating method, the matrix material and particles 12 (which are coated with a precoat 68, as described above, but which are not yet coated with a matrix material) are deposited together on the article 30. As particles 12 are deposited on the article 30, these the particles are simultaneously coated with a matrix material. To form a coating 28. For example, particles 12 are graphite, the matrix material is copper, and the pre-coating material is a metal such as chromium or cobalt-tungsten.

Альтернативно, покрытие 28 образуется на изделии 30 напылением из газообразной фазы или напылением из жидкой фазы покрытых частиц 10 на изделие. Покрытие 28 затем спекается, после чего покрытие 28 проявляет свое выбранное внутреннее свойство или выбранные внутренние свойства. Alternatively, a coating 28 is formed on the article 30 by sputtering from the gaseous phase or by spraying from the liquid phase the coated particles 10 onto the article. Coating 28 is then sintered, after which coating 28 exhibits its selected internal property or selected internal properties.

Другие выполнения
Графит или алмаз являются хорошими материалами, из которых формируют частицы 12, когда изготавливаемые изделие или покрытие должны иметь низкий коэффициент теплового расширения и высокую удельную теплопроводность, потому что эти материалы не только имеют низкий коэффициент теплового расширения (как имеют и вольфрам или молибден), но также имеют относительно высокую удельную теплопроводность (в отличие от вольфрама и молибдена). Следовательно, эти материалы имеют преимущество в том, что они не имеют вредного побочного эффекта снижения удельной теплопроводности покрытых частиц, а также изделий и покрытий, образованных из этих покрытых частиц.
Other accomplishments
Graphite or diamond are good materials from which particles 12 are formed when the manufactured product or coating must have a low coefficient of thermal expansion and high thermal conductivity, because these materials not only have a low coefficient of thermal expansion (like tungsten or molybdenum), but also have a relatively high thermal conductivity (unlike tungsten and molybdenum). Therefore, these materials have the advantage that they have no harmful side effect of reducing the thermal conductivity of the coated particles, as well as products and coatings formed from these coated particles.

Когда изготавливаемое изделие или покрытие должно иметь коэффициент теплового расширения, совпадающий с таким же коэффициентом кремниевого полупроводникового или интегрального прибора, к которому это изделие или покрытие непосредственно прикрепляется (кремний имеет коэффициент теплового расширения приблизительно 4,2 мил.частей/град C), это изделие или покрытие содержит, например, покрытые медью алмазные частицы с отношением объемов меди к алмазу приблизительно 20: 80% или покрытые медью графитовые частицы с отношением объемов меди к графиту приблизительно 24:76%. When a manufactured product or coating must have a coefficient of thermal expansion that matches the coefficient of a silicon semiconductor or integrated device to which this product or coating is directly attached (silicon has a coefficient of thermal expansion of approximately 4.2 ppm / degree C), this product or the coating contains, for example, copper-coated diamond particles with a ratio of copper to diamond volumes of approximately 20: 80% or copper-coated graphite particles with a ratio of copper to diamond volumes um, about 24: 76%.

Можно запроектировать много внутренних свойств иных, нежели удельная теплопроводность или коэффициент теплового расширения. К примеру, можно запроектировать электропроводность изделия в комбинации с проектированием других внутренних свойств. Таким образом, в одном выполнении выбор между использованием графитовых частиц (которые являются электропроводными) и алмазных частиц (которые являются электрическими изоляторами) основано на желательной электропроводности изделия. It is possible to design many internal properties other than specific thermal conductivity or coefficient of thermal expansion. For example, you can design the electrical conductivity of the product in combination with the design of other internal properties. Thus, in one embodiment, the choice between using graphite particles (which are electrically conductive) and diamond particles (which are electrical insulators) is based on the desired electrical conductivity of the article.

Как показано на фиг. 2, частицам 10 не нужно состоять полностью из покрытых частиц. Альтернативно, смесь покрытых частиц, объединенных с другими частицами (например, покрытые медью вольфрамовые частицы можно объединять с медными частицами) может тщательно перемешиваться, а затем уплотняться, чтобы сформировать изделие 22 с внутренними свойствами, которые являются функцией отношений объемов всех материалов в смеси, причем изделие 22 проявляет внутренние свойства изотропно. Альтернативно, покрытые частицы объединяются с материалами, которые проявляют одно или более внутренних свойств анизотропно, что, в свою очередь, заставляет и изделие проявлять одно или более внутренних свойств анизотропно. К примеру, покрытые частицы смешиваются с кристаллическими материалами, имеющими свойства, которые различны в различных направлениях, причем эти кристаллические материалы смешиваются с покрытыми частицами таким образом, чтобы кристаллические материалы стремились ориентироваться в общем направлении. В другом примере покрытые частицы смешиваются с углеродными волокнами, причем эти углеродные волокна стремятся ориентировать в общем направлении. Углеродные волокна обеспечивают прочность на разрыв, которая изменяется в зависимости от направления. As shown in FIG. 2, particles 10 do not need to consist entirely of coated particles. Alternatively, a mixture of coated particles combined with other particles (for example, copper coated tungsten particles can be combined with copper particles) can be thoroughly mixed and then densified to form article 22 with internal properties that are a function of volume ratios of all materials in the mixture, moreover article 22 exhibits intrinsic properties isotropically. Alternatively, coated particles are combined with materials that exhibit one or more internal properties anisotropically, which, in turn, causes the product to exhibit one or more internal properties anisotropically. For example, coated particles are mixed with crystalline materials having properties that are different in different directions, and these crystalline materials are mixed with coated particles so that the crystalline materials tend to orient in the general direction. In another example, coated particles are mixed with carbon fibers, and these carbon fibers tend to orient in a general direction. Carbon fibers provide tensile strength that varies with direction.

Альтернативные методы изготовления изделий из покрытых частиц включают в себя прессование с инжекцией металла, горячее изостатическое прессование ("hipping"), холодное изостатическое прессование ("cipping"), горячую или холодную изостатическую ковку, горячее или холодное валковое уплотнение (которое уплотняет объединяемые покрытые частицы) и прессование давлением. Alternative methods for manufacturing coated particle products include metal injection molding, hipping, cipping, isostatic forging, hot or cold forging, and hot or cold rolling compaction (which compacts the coated coated particles ) and pressure pressing.

Если покрытые частицы 22 уплотняются до плотности, приближающейся к "полной плотности" (плотность, при которой уплотненные покрытые частицы имеют пористость "уровня 2" или "уровня 3" или "невзаимосвязанно", т.е. пористость, которая не обеспечивает межсоединительных проходов, проходящих с одной стороны изделия на другую), то процесс спекания не увеличивает плотности и не меняет размера изделия. Плотность изделия, а тем самым и конечные размеры изделия могут точно управляться при уплотнении. Особенно целесообразно уплотнять до полной плотности, когда частицы содержат определенные неметаллы, такие как графит, потому что, например, покрытые медью графитовые частицы могут уплотняться до полной плотности при относительно низком давлении от 60 до 80 тонн на квадратный дюйм. Когда частицы сформированы из металла или металлического сплава (покрыты ли частицы металлом или не покрыты), для уплотнения частиц до полной плотности обычно требуются давления от 80 до 200 тонн на квадратный дюйм. If the coated particles 22 are densified to a density approaching “full density” (the density at which the densified coated particles have a “level 2” or “level 3” or “non-interconnected” porosity, that is, a porosity that does not provide interconnect passages, passing from one side of the product to the other), the sintering process does not increase the density and does not change the size of the product. The density of the product, and thus the final dimensions of the product can be precisely controlled during compaction. It is especially advisable to compact to full density when the particles contain certain non-metals, such as graphite, because, for example, copper-coated graphite particles can be compacted to full density at a relatively low pressure of 60 to 80 tons per square inch. When the particles are formed from metal or a metal alloy (whether the particles are coated with metal or not coated), pressures of 80 to 200 tons per square inch are usually required to compact the particles to full density.

На фиг. 6 показан прибор 16 отливки под давлением, включающий в себя пуансон 18 и форму 20, который используется для объединения двух различных слоев 24 и 26 из частиц путем уплотнения для получения изделия 25 с внутренними свойствами, которые изменяются от слоя к слою. Слои 24 и 26 состоят из частиц, составленных из различных материалов или имеющих различные отношения объемов материалов, из которых образованы эти частицы. Частицы необязательно являются покрытыми частицами. Частицы вводятся в форму 20 в слоях 24 и 26, уплотняются до выбранной плотности, чтобы дать зависящие от температуры внутренние свойства (например, удельную теплопроводность или коэффициент теплового расширения), как рассмотрено выше в связи в фиг. 5, и спекаются в водородной атмосфере примерно полчаса. Это спекание заставляет частицы слоев 24 и 26 связываться на границе раздела между двумя слоями, чтобы получить единое слоистое изделие. In FIG. 6, an injection molding apparatus 16 is shown including a punch 18 and a mold 20 that is used to combine two different layers of particles 24 and 26 by compaction to obtain an article 25 with internal properties that vary from layer to layer. Layers 24 and 26 are composed of particles composed of different materials or having different ratios of volumes of materials from which these particles are formed. The particles are optionally coated particles. Particles are introduced into mold 20 in layers 24 and 26, compacted to a selected density to give temperature-dependent internal properties (e.g., thermal conductivity or coefficient of thermal expansion), as discussed above in connection with FIG. 5, and sinter in a hydrogen atmosphere for about half an hour. This sintering causes the particles of the layers 24 and 26 to bond at the interface between the two layers to obtain a single layered product.

К примеру, слой 24 содержит покрытые медью вольфрамовые частицы с отношением объемов меди к вольфраму 27:73%, а слой 26 содержит частицы из элементной меди. Слой 24 после уплотнения имеет удельную теплопроводность приблизительно 225,78 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 8,28 мил.частей/град C. Слой 26 после уплотнения имеет удельную теплопроводность приблизительно 390 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 18,04 мил.частей/град C. Слоистое изделие 25 включается непосредственно между двумя объектами с различными коэффициентами теплового расширения, которые совпадают с коэффициентами теплового расширения слоев 24 и 26. К примеру, слой 24 прикрепляется к бериллиевой керамике, а слой 26 диффузионно связывается с медным теплоотводом. For example, layer 24 contains copper-coated tungsten particles with a ratio of copper to tungsten volumes of 27: 73%, and layer 26 contains elemental copper particles. Layer 24 after compaction has a thermal conductivity of approximately 225.78 W / m • deg K and a thermal expansion coefficient of approximately 8.28 ppm / deg C. Layer 26 after compaction has a thermal conductivity of approximately 390 W / m • deg K and thermal coefficient an expansion of approximately 18.04 ppm / deg C. A laminated article 25 is inserted directly between two objects with different thermal expansion coefficients that match the thermal expansion coefficients of layers 24 and 26. For example, layer 24 is attached to erillium ceramics, and layer 26 diffusely binds to a copper heat sink.

Альтернативно, слой 24 включает в себя покрытый медью алмаз с отношением объемов меди к алмазу 20:80%, а слой 26 состоит из покрытого медью графита с отношением объемов меди к графиту 24:76%. После уплотнения кремниевый кристалл прикрепляется к той стороне изделия 25, которая соответствует слою 26, а подложка из нитрида алюминия прикрепляется к другой стороне изделия 25, которая соответствует слою 24. Слой 24 имеет удельную теплопроводность приблизительно 781 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 4,8 мил.частей/град C (от 25 до 400oC), который практически совпадает с коэффициентом теплового расширения подложки из нитрида алюминия. Слой 26 имеет удельную теплопроводность приблизительно 379 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 4,3 мил. частей/град C (от 25 до 400oC), который практически совпадает с коэффициентом теплового расширения кремниевого кристалла. Слой 24 альтернативно спроектирован так, чтобы прикрепляться к подложке из окиси бериллия, при этом слой 24 имеет отношение объемов меди к алмазу 37: 63%, удельную теплопроводность приблизительно 698 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 7,6 мил.частей/град C (от 25 до 400oC), который практически совпадает с коэффициентом теплового расширения подложки из окиси бериллия.Alternatively, layer 24 includes copper-coated diamond with a ratio of copper to diamond volumes of 20: 80%, and layer 26 consists of copper-coated graphite with a ratio of copper to graphite volumes of 24: 76%. After compaction, the silicon crystal is attached to the side of the product 25, which corresponds to layer 26, and the aluminum nitride substrate is attached to the other side of the product 25, which corresponds to layer 24. Layer 24 has a thermal conductivity of approximately 781 W / m • deg K and thermal expansion coefficient approximately 4.8 ppm / degree C (25 to 400 ° C.), which practically coincides with the thermal expansion coefficient of the aluminum nitride substrate. Layer 26 has a thermal conductivity of approximately 379 W / m • deg K and a coefficient of thermal expansion of approximately 4.3 mil. parts / degree C (from 25 to 400 o C), which practically coincides with the coefficient of thermal expansion of the silicon crystal. Layer 24 is alternatively designed to adhere to a beryllium oxide substrate, with layer 24 having a copper to diamond volume ratio of 37: 63%, thermal conductivity of approximately 698 W / m · deg K, and thermal expansion coefficient of approximately 7.6 ppm. / city C (from 25 to 400 o C), which practically coincides with the coefficient of thermal expansion of the substrate of beryllium oxide.

Таким образом, слоистое изделие 25 включается непосредственно между двумя объектами с различными коэффициентами теплового расширения. Граница между разными коэффициентами теплового расширения получается внутри слоистого изделия 25, а не на одной или более границах раздела между поверхностями изделия и других приборов. Кроме того, имеется лишь одна граница (расположенная между двумя слоями внутри слоистого, раздельного изделия 25), на которой имеет место несовпадение коэффициентов теплового расширения, а не серия таких границ, расположенных между следующими друг за другом слоями разнородных изделий. Поскольку медные связи между частицами способны деформироваться в холодном состоянии, эти медные связи стремятся поглощать напряжение теплового расширения и, вследствие этого, в соединении между двумя слоями нет растрескивания или расслоения. Кроме того, поскольку связи податливы и поскольку все связи образованы из того же самого материала (все связи медь с медью), эти связи стремятся поглощать напряжения одинаково, вследствие этого изделие не стремится изгибаться дугообразно или волнообразно при больших изменениях температуры. В альтернативном выполнении в изделии 25 имеется более, чем два слоя, и, следовательно имеется более, чем одна внутренняя граница, на которой имеет место несовпадение коэффициентов теплового расширения. Это несовпадение на каждой границе меньше, чем то несовпадение, которое происходит на единственной границе внутри слоистого изделия 25. Thus, the laminated product 25 is included directly between two objects with different coefficients of thermal expansion. The boundary between the different coefficients of thermal expansion is obtained inside the laminated product 25, and not at one or more interfaces between the surfaces of the product and other devices. In addition, there is only one boundary (located between two layers inside the layered, separate product 25), on which there is a mismatch of the thermal expansion coefficients, and not a series of such boundaries located between successive layers of dissimilar products. Since copper bonds between particles are capable of being deformed in a cold state, these copper bonds tend to absorb thermal expansion stress and, as a result, there is no cracking or delamination in the connection between the two layers. In addition, since the bonds are malleable and since all bonds are formed from the same material (all bonds are copper to copper), these bonds tend to absorb stresses in the same way, as a result of which the product does not tend to bend in an arcuate or wave-like fashion with large changes in temperature. In an alternative embodiment, the article 25 has more than two layers, and therefore there is more than one inner boundary at which the thermal expansion coefficients do not match. This mismatch on each boundary is less than the mismatch that occurs on a single border within the laminate 25.

На фиг. 7 показан гибридный корпус 72 электроники со сторонами 48, основанием 46 и крышкой 50, который используется в качестве корпуса для полупроводниковых интегральных схем и других электронных приборов. Гибридные корпуса электроники в общем случае изготавливаются из железо-никелевого сплава, известного как КОВАР, имеющий коэффициент теплового расширения, который приблизительно равен тому же коэффициенту стеклянных изоляторов, используемых для изоляции выводных отверстий 44 от проводящего корпуса из КОВАРа. Применение изобретения к изготовлению гибридного корпуса 72 зависит от того, используется ли обычная стеклянная изоляция для изолирования выводных отверстий 44, или же используется иная изоляция. In FIG. 7 shows a hybrid electronics case 72 with sides 48, a base 46, and a cover 50, which is used as a case for semiconductor integrated circuits and other electronic devices. Hybrid electronics housings are generally made of an iron-nickel alloy known as KOVAR having a coefficient of thermal expansion that is approximately equal to the same coefficient of glass insulators used to isolate the outlet holes 44 from the conductive housing of KOVAR. The application of the invention to the manufacture of hybrid housing 72 depends on whether conventional glass insulation is used to insulate the outlet openings 44, or whether other insulation is used.

Если используется обычная стеклянная изоляция, то целью является изготовление гибридного корпуса с коэффициентом теплового расширения, практически совпадающим с тем же коэффициентом у КОВАРа, но с более высокой удельной теплопроводностью, чем у КОВАРа. К примеру, гибридный корпус может изготавливаться из покрытых железом графитовых частиц с отношением объемов железа к графиту 26:74%, коэффициентом теплового расширения приблизительно 3,2 мил. частей/град C (от 25 до 400oC), практически совпадающим с тем же коэффициентом у КОВАРа, и удельной теплопроводностью приблизительно 295 Вт/м•град К, которая много выше, чем удельная теплопроводность КОВАРа (приблизительно 11 Вт/м•град К).If conventional glass insulation is used, then the goal is to produce a hybrid casing with a coefficient of thermal expansion that practically coincides with the same coefficient for KOVAR, but with a higher thermal conductivity than KOVAR. For example, a hybrid housing can be made of iron-coated graphite particles with a ratio of iron to graphite volumes of 26: 74% and a thermal expansion coefficient of approximately 3.2 mils. parts / deg C (from 25 to 400 o C), almost coinciding with the same coefficient in KOVAR, and the specific thermal conductivity of approximately 295 W / m • deg K, which is much higher than the thermal conductivity of KOVAR (approximately 11 W / m • deg TO).

Если стекло для изоляции выводных отверстий 44 заменяется низкотемпературной стеклянной керамикой, то гибридный корпус 72 изготавливается, например, из покрытых медью графитовых частиц с отношением объемов меди к графиту 39:61%. Это отношение объемов обеспечивает высокую удельную теплопроводность приблизительно 379 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения приблизительно 6,9 мил.частей/град C (25 - 400oC), который запроектирован, что бы практически совпадать с коэффициентом теплового расширения стеклянного керамического материала, используемого для изоляции выводных отверстий 44.If the glass for insulating the outlet openings 44 is replaced by low-temperature glass ceramics, then the hybrid housing 72 is made, for example, of copper-coated graphite particles with a ratio of copper to graphite volumes of 39: 61%. This volume ratio provides a high thermal conductivity of approximately 379 W / m • deg K and a coefficient of thermal expansion of approximately 6.9 mil. Parts / deg C (25 - 400 o C), which is designed to practically coincide with the coefficient of thermal expansion of glass ceramic material used to isolate the outlet openings 44.

Коэффициент теплового расширения во всем гибридном корпусе 72 электроники в высокой степени равномерен. Поскольку основание 46 и стороны 48 гибридного корпуса 72 электроники могут изготавливаться вместе сетчатыми как единое целое (тогда как в корпусе из КОВАРа основание 46 и стороны 48 обычно обрабатываются по отдельности из цельных кусков материала КОВАР), корпус 72 может изготавливаться без удорожания за счет стоимости станочной обработки или спайки базы 46 и сторон 48, хотя крышка 50 должна прикрепляться к сторонам 48 путем пайки после того, как интегральная схема будет помещена внутрь корпуса. The coefficient of thermal expansion in the entire hybrid housing 72 of the electronics is highly uniform. Since the base 46 and the sides 48 of the hybrid electronics case 72 can be fabricated together as a single unit (whereas in the KOVAR case, the base 46 and sides 48 are usually processed separately from whole pieces of KOVAR material), the case 72 can be manufactured without cost due to the cost of the machine processing or soldering the base 46 and the sides 48, although the cover 50 should be attached to the sides 48 by soldering after the integrated circuit is placed inside the case.

На фиг. 8 показан корпус 52 электроники с набором интегральных схем 54, установленных на подложку 56 из низкотемпературной стеклянной керамики, поддерживаемую комбинированной конструктивной, тепловой и заземляющей пластиной 58. Конструктивная пластина 58 изготавливается из покрытых медью графитовых частиц с отношением объемов меди к графиту 39:61%. Это отношение объемов обеспечивает высокую удельную теплопроводность приблизительно 379 Вт/м•град К, высокое прочность на разрыв и коэффициент теплового расширения приблизительно 6,9 мил.частей/град C (от 25 до 400oC), который практически совпадает с коэффициентом теплового расширения керамической подложки 56. Этот коэффициент теплового расширения в высокой степени равномерен и изотропен во всей конструктивной пластине 58. Покрытые медью графитовые частицы, из которых изготовлена конструктивная пластина 58, уплотняются до плотности, выбранной так, чтобы характер расширения конструктивной пластины 58 практически совпадал с нелинейным характером расширения керамической подложки 56. Затем покрытые частицы спекаются. "Незрелая" керамическая подложка 56 (керамическая подложка, которая еще не прокаливалась) наслаивается затем на конструктивную пластину 58, после чего "незрелая" керамическая подложка 56 прокаливается. Керамическая подложка 56 имеет температуру прокаливания ниже температуры, при которой конструктивная пластина 58 спекается в твердом состоянии. Вследствие этого, когда керамическая подложка 56 прокаливается, будучи установленной на конструктивной пластине 58, покрытия частиц в конструктивной пластине не расплавляются. Предварительно спеченная конструктивная пластина 58 обеспечивает высокие выходы производства за счет получения конструктивной платформы, на которой можно работать во всем производственном цикле с тонкими хрупкими слоями керамики и/или стекла без поломок.In FIG. 8 shows an electronics case 52 with a set of integrated circuits 54 mounted on a substrate 56 of low-temperature glass ceramics supported by a combined structural, thermal and grounding plate 58. The structural plate 58 is made of copper-coated graphite particles with a ratio of copper to graphite volumes of 39: 61%. This volume ratio provides a high thermal conductivity of approximately 379 W / m • deg K, high tensile strength and a coefficient of thermal expansion of approximately 6.9 ppm / deg C (25 to 400 o C), which practically coincides with the coefficient of thermal expansion ceramic substrate 56. This coefficient of thermal expansion is highly uniform and isotropic throughout the structural plate 58. The copper-coated graphite particles of which the structural plate 58 is made are compacted to a density selected so that the expansion pattern of the structural plate 58 practically coincides with the nonlinear expansion pattern of the ceramic substrate 56. Then, the coated particles are sintered. The immature ceramic substrate 56 (the ceramic substrate that has not yet been calcined) is then laminated onto the structural plate 58, after which the immature ceramic substrate 56 is calcined. The ceramic substrate 56 has a calcination temperature below the temperature at which the structural plate 58 is sintered in the solid state. As a result, when the ceramic substrate 56 is calcined when installed on the structural plate 58, the particle coatings in the structural plate do not melt. The pre-sintered structural plate 58 provides high production yields by obtaining a structural platform on which it is possible to work with thin brittle layers of ceramic and / or glass without breakage during the entire production cycle.

На фиг. 9 показан высокомощный полупроводниковый компрессионный модуль 60, который включает в себя кремниевый полупроводниковый прибор 62, например, кремниевый выключатель размером приблизительно в полдоллара или серебряный доллар и имеющий коэффициент теплового расширения приблизительно 4,3. Полупроводниковый прибор 62 прижимается с силой приблизительно 5000 фунтов к теплоотводу 64, образованному из покрытых медью графитовых частиц согласно изобретению. Полупроводниковый прибор 62 имеет молибденовую заднюю поверхность с низким коэффициентом теплового расширения, которая примыкает сзади к алюминиевому теплоотводу 66 (который не изготавливается из частиц). Теплоотвод 64, имеющий отношение объемов меди к графиту 24:76%, спроектирован так, чтобы иметь высокую теплопроводность 379 Вт/м•град К и коэффициент теплового расширения 4,3 мил.частей/град C (от 25 до 400oC), который практически совпадает с коэффициентом теплового расширения полупроводникового прибора 62, причем этот коэффициент теплового расширения в высокой степени равномерен во всем теплоотводе 64. Проектирование коэффициента теплового расширения теплоотвода 64 продлевает срок службы полупроводникового прибора 62 путем предотвращения царапин на полупроводниковом приборе 62 из-за нажатия взаимодействующего с ним теплоотвода 64, что может вызвать короткое замыкание.In FIG. 9 shows a high-power semiconductor compression module 60, which includes a silicon semiconductor device 62, for example, a silicon switch about half a dollar or a silver dollar in size and having a thermal expansion coefficient of about 4.3. The semiconductor device 62 is pressed with a force of approximately 5,000 pounds to the heat sink 64 formed from the copper-coated graphite particles according to the invention. The semiconductor device 62 has a molybdenum back surface with a low coefficient of thermal expansion, which is adjacent to the rear of the aluminum heat sink 66 (which is not made of particles). A heat sink 64, having a ratio of copper to graphite volumes of 24: 76%, is designed to have a high thermal conductivity of 379 W / m • deg K and a thermal expansion coefficient of 4.3 mil parts / deg C (25 to 400 o C), which practically coincides with the coefficient of thermal expansion of semiconductor device 62, and this coefficient of thermal expansion is highly uniform throughout the heat sink 64. Designing the coefficient of thermal expansion of heat sink 64 extends the life of the semiconductor device 62 by preventing scratches on the semiconductor device 62 due to pressing interacting with the heat sink 64, which can cause a short circuit.

Рассмотрены новые и усовершенствованные устройство и методы проектирования внутренних свойств изделий, изготавливаемых путем объединения частиц. Очевидно, что специалисты могут теперь выполнить многочисленные использования и модификации описанных здесь конкретных применений и отступления от них без отхода от изобретательской концепции. К примеру, принципы изобретения могут быть приложены в других областях, таких как огнестрельное оружие и боевая техника, чтобы обеспечить у гильз и снарядов те же самые коэффициенты теплового расширения, что и у пушек, из которых они выстреливаются, которые могут быть покрыты изнутри керамическим материалом. Следовательно, изобретение надлежит толковать как охватывающее все и каждый новые признаки и новые комбинации признаков, представленные или содержащиеся в рассмотренных здесь устройстве и методах, и ограниченное единственно духом и объемом прилагаемой формулы изобретения. New and improved device and methods for designing the internal properties of products manufactured by combining particles are considered. Obviously, those skilled in the art can now make numerous uses and modifications of the specific applications described herein and departing from them without departing from the inventive concept. For example, the principles of the invention can be applied in other fields, such as firearms and military equipment, to ensure that shells and shells have the same coefficients of thermal expansion as the guns from which they are fired, which can be coated from the inside with ceramic material . Therefore, the invention should be construed as encompassing each and every new feature and new combination of features presented or contained in the device and methods discussed herein, and limited solely by the spirit and scope of the attached claims.

Claims (14)

1. Способ придания частицам желательного значения удельной теплопроводности и/или коэффициента теплового расширения (КТР) путем нанесения на них покрытия, заключающийся в том, что на каждую частицу покрытие наносят в определенном объеме по отношению к объему самой частицы так, чтобы полученные значения удельной теплопроводности и/или КТР покрытой частицы отличались от значений этих свойств у материалов частиц и покрытия, отличающийся тем, что в качестве материала частицы, на которую наносят покрытие, используют графит, алмаз, вольфрам или никель-42, а в качестве материала покрытия - медь и при процентном соотношении объемов меди к графиту 24 : 76, 39 : 61 и 42 : 58 у покрытой частицы получают значения удельной теплопроводности (Вт/(м • К)) и КТР в температурном диапазоне 25 - 400oC (млн.частей/oC) соответственно 325 и 4,3 ; 379 и 6,9; 380 и 7,6, или при процентном соотношении объемов меди к алмазу 20 : 80 и 37 : 63 у покрытой частицы получают удельную теплопроводность и КТР соответственно 781 и 4,8, 698 и 7,6, или при процентном соотношении объемов меди к вольфраму 27 : 73 у покрытой частицы получают удельную теплопроводность 226 и КТР 8,2, или при процентном соотношении объемов меди к никелю-42 20 : 80 у покрытой частицы получают удельную теплопроводность 86,78 и КТР 8,1.1. The method of imparting to the particles the desired value of thermal conductivity and / or coefficient of thermal expansion (CTE) by coating them, which consists in the fact that each particle is coated in a certain volume relative to the volume of the particle so that the obtained values of thermal conductivity and / or KTP of the coated particle differed from the values of these properties for the materials of the particles and the coating, characterized in that the material of the coated particle is graphite, diamond, tungsten or and nickel-42, and copper as the coating material and when the percentage ratio of copper to graphite volumes is 24: 76, 39: 61 and 42: 58, the values of the thermal conductivity (W / (m • K)) and KTP in the temperature range of 25 - 400 o C (ppm / o C), respectively 325 and 4.3; 379 and 6.9; 380 and 7.6, or when the percentage ratio of copper to diamond volumes is 20: 80 and 37: 63, the specific thermal conductivity and KTE are obtained for the coated particles, respectively, 781 and 4.8, 698 and 7.6, or when the percentage ratio of copper to tungsten volumes 27: 73 for a coated particle, the thermal conductivity of 226 and KTP of 8.2 is obtained, or with a percentage ratio of copper to nickel-42 of 20: 80, the thermal conductivity of the coated particle is 86.78 and KTR of 8.1. 2. Покрытая частица, содержащая дискретную сердцевинную частицу и покрытие, образованное на ее поверхности для придания частице желательного значения удельной теплопроводности и/или КТР, отличающаяся тем, что сердцевинная частица образована из графита, алмаза, вольфрама или никеля-42, а покрытие выполнено из меди и при процентном соотношении объемов меди к графиту 24 : 76, 39 : 61 и 42 : 58 покрытая частица имеет значения удельной теплопроводности (Вт/(м • К)) и КТР в температурном диапазоне 25 - 400oC (млн.частей/oC), соответственно 325 и 4,3; 379 и 6,9; 380 и 7,6, или при процентном соотношении объемов меди к алмазу 20 : 80 и 37 : 63 покрытая частица имеет удельную теплопроводность и КТР соответственно 781 и 4,8, 698 и 7,6, или при процентном соотношении объемов меди к вольфраму 27 : 73 покрытая частица имеет удельную теплопроводность 226 и КТР 8,2, или при процентном соотношении объемов меди к никелю-42 20 : 80 покрытая частица имеет удельную теплопроводность 86,78 и КТР 8,1.2. A coated particle containing a discrete core particle and a coating formed on its surface to give the particle the desired value of thermal conductivity and / or KTP, characterized in that the core particle is formed of graphite, diamond, tungsten or nickel-42, and the coating is made of copper and with a percentage ratio of copper to graphite volumes of 24: 76, 39: 61 and 42: 58, the coated particle has the values of specific thermal conductivity (W / (m • K)) and KTP in the temperature range of 25 - 400 o C (ppm / o C), respectively 325 and 4.3; 379 and 6.9; 380 and 7.6, or with a percentage ratio of copper to diamond volumes of 20: 80 and 37: 63, the coated particle has thermal conductivity and KTP of 781 and 4.8, 698 and 7.6, respectively, or with a percentage ratio of copper to tungsten volumes 27 : 73 coated particle has a thermal conductivity of 226 and KTP 8.2, or with a percentage ratio of copper to nickel-42 of 20: 80 the coated particle has a thermal conductivity of 86.78 and KTP 8.1. 3. Покрытая частица по п.2, отличающаяся тем, что на сердцевинную часть из графита или алмаза нанесено тонкое предварительное покрытие, которое не влияет на КТР и удельную теплопроводность покрытой частицы. 3. The coated particle according to claim 2, characterized in that a thin preliminary coating is applied to the core of graphite or diamond, which does not affect the thermal expansion coefficient and thermal conductivity of the coated particle. 4. Покрытая частица по п.3, отличающаяся тем, что в качестве материалов предварительного покрытия используют хром или кобальт-вольфрам. 4. The coated particle according to claim 3, characterized in that chrome or cobalt-tungsten is used as the pre-coating material. 5. Изделие, изготовленное из множества покрытых частиц с желательными значениями удельной теплопроводности и КТР, которые объединены между собой путем уплотнения до выбранной плотности с последующим спеканием в твердой фазе, отличающееся тем, что изделие формируется из покрытых медью частиц графита, алмаза, вольфрама или никеля-42 и имеет при процентном соотношении объемов меди к графиту 24 : 76, 39 : 61 и 42 : 58 значения удельной теплопроводности (Вт/(м • К)) и КТР в температурном диапазоне 25 - 400oC (млн.частей/oC), соответственно 325 и 4,3, 379 и 6,9, 380 и 7,6, или при процентном соотношении объемов меди к алмазу 20 : 80 и 37 : 63 изделие имеет удельную теплопроводность и КТР соответственно 781 и 4,8, 698 и 7,6, или при процентном соотношении объемов меди к вольфраму 27 : 73 изделие имеет удельную теплопроводность 226 и КТР 8,2, или при процентном соотношении объемов меди к никелю-42 20 : 80 изделие имеет удельную теплопроводность 86,78 и КТР 8,1.5. The product is made of many coated particles with the desired values of thermal conductivity and KTP, which are combined by compaction to the selected density followed by sintering in the solid phase, characterized in that the product is formed from copper-coated particles of graphite, diamond, tungsten or nickel at -42 and has a volume percentage of copper to graphite of 24: 76, 39: 61 and 42: 58 values of thermal conductivity (W / (m • K)) and the CTE over a temperature range of 25 - 400 o C (mln.chastey / o C), respectively 325 and 4.3, 379 and 6.9, 380 and 7.6, and whether at a percentage ratio of copper to diamond volumes of 20: 80 and 37: 63 the product has a specific thermal conductivity and KTP of 781 and 4.8, 698 and 7.6, respectively, or at a percentage ratio of copper to tungsten volume of 27: 73 the product has a specific thermal conductivity of 226 and KTP 8.2, or at a percentage of copper to nickel-42 volumes of 20: 80, the product has a thermal conductivity of 86.78 and KTP 8.1. 6. Изделие по п.5, отличающееся тем, что объединение частиц между собой осуществляется инжекционным формованием. 6. The product according to claim 5, characterized in that the particles are joined together by injection molding. 7. Изделие по п.5, отличающееся тем, что объединение частиц между собой осуществляется изостатическим прессованием. 7. The product according to claim 5, characterized in that the combination of particles among themselves is carried out by isostatic pressing. 8. Изделие по п.5, отличающееся тем, что оно выполнено в виде конструктивной пластины, имеющей форму для поддержания подложки, на которой установлен по меньшей мере один полупроводниковый прибор, при этом КТР пластины практически совпадает с КТР подложки. 8. The product according to claim 5, characterized in that it is made in the form of a structural plate having the form for supporting the substrate on which at least one semiconductor device is mounted, wherein the KTP of the plate practically coincides with the KTP of the substrate. 9. Изделие по п.5, отличающееся тем, что оно выполнено в виде установленных на подложке выводных рамок, к которым крепятся полупроводниковые приборы посредством проводов, передающих питание, заземление, входные и выходные сигналы на полупроводниковые приборы и от них, при этом КТР выводных рамок практически совпадает с КТР подложки. 9. The product according to claim 5, characterized in that it is made in the form of output frames mounted on the substrate, to which semiconductor devices are attached via wires that transmit power, ground, input and output signals to and from semiconductor devices, while KTP output The frame almost coincides with the KTP of the substrate. 10. Изделие по п.5, отличающееся тем, что оно выполнено в виде корпуса, предназначенного для размещения в нем преимущественно интегральной схемы, при этом КТР корпуса совпадает с КТР материала, используемого для уплотнения выводных отверстий в корпусе. 10. The product according to claim 5, characterized in that it is made in the form of a housing designed to accommodate a predominantly integrated circuit, wherein the KTR of the housing coincides with the KTR of the material used to seal the outlet openings in the housing. 11. Изделие по п.5, отличающееся тем, что оно выполнено в виде теплоотвода, имеющего форму для прижатия к полупроводниковому прибору, при этом КТР теплоотвода практически совпадает с КТР прибора. 11. The product according to claim 5, characterized in that it is made in the form of a heat sink having the form for pressing against a semiconductor device, while the KTR of the heat sink practically coincides with the KTR of the device. 12. Слоистое изделие, в котором слои выполнены из покрытых частиц с различными значениями КТР у каждого слоя, предназначенное преимущественно для соединения между собой двух объектов с различными КТР, отличающееся тем, что изделие предназначено для соединения между собой кремниевого кристалла и подложки, при этом слой, предназначенный для прикрепления к кремниевому кристаллу, содержит покрытые медью графитовые частицы с процентным соотношением объемов меди к графиту 24 : 76 и имеет удельную теплопроводность 325 Вт/(м • К) и КТР 4,3 млн.частей/oC (25 - 400oC), который совпадает с КТР кремниевого кристалла, а другой слой, предназначенный для прикрепления к подложке, содержит покрытые медью алмазные частицы и имеет КТР, который совпадает с КТР подложки.12. A layered product in which the layers are made of coated particles with different KTP values for each layer, designed primarily to connect two objects with different KTP to each other, characterized in that the product is designed to connect a silicon crystal and a substrate, the layer designed for attachment to a silicon crystal, contains copper-coated graphite particles with a percentage ratio of copper to graphite volumes of 24: 76 and has a specific thermal conductivity of 325 W / (m • K) and a CTE of 4.3 million parts / o C (25 - 400 o C), which coincides with the CTE of the silicon crystal, and the other layer intended for attachment to the substrate contains copper coated diamond particles and has a CTE that coincides with the CTE of the substrate. 13. Слоистое изделие по п.12, отличающееся тем, что слой, предназначенный для прикрепления к подложке, содержит покрытые медью алмазные частицы с процентным соотношением объемов меди к алмазу 20 : 80, имеет удельную теплопроводность 781 Вт/(м • К) и КТР 4,8 млн.частей/oC (25 - 400oC), который практически совпадает с КТР подложки из нитрида алюминия.13. The layered product according to item 12, characterized in that the layer intended for attachment to the substrate contains copper coated diamond particles with a percentage ratio of copper to diamond volumes of 20: 80, has a specific thermal conductivity of 781 W / (m • K) and KTP 4.8 million parts / o C (25 - 400 o C), which practically coincides with the CTE of the substrate of aluminum nitride. 14. Слоистое изделие по п.12, отличающееся тем, что слой, предназначенный для прикрепления к подложке, содержит покрытые медью алмазные частицы с процентным соотношением объемов меди к алмазу 37 : 63, имеет удельную теплопроводность 698 Вт/(м • К) и КТР 7,6 млн.частей/oC (25 - 400oC), который практически совпадает с КТР подложки из окиси бериллия.14. The layered product according to item 12, characterized in that the layer intended for attachment to the substrate contains copper coated diamond particles with a percentage ratio of copper to diamond 37: 63, has a thermal conductivity of 698 W / (m • K) and KTP 7.6 million parts / o C (25 - 400 o C), which practically coincides with the CTE of the beryllium oxide substrate.
RU98103729A 1995-07-27 1995-07-27 Manufacture of particles and products with specified properties RU2140335C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US1995/009572 WO1997004884A1 (en) 1994-11-14 1995-07-27 Manufacturing particles and articles having engineered properties

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2140335C1 true RU2140335C1 (en) 1999-10-27

Family

ID=22249548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98103729A RU2140335C1 (en) 1995-07-27 1995-07-27 Manufacture of particles and products with specified properties

Country Status (6)

Country Link
KR (1) KR100289248B1 (en)
AU (1) AU715872B2 (en)
BR (1) BR9510637A (en)
MX (1) MX9710484A (en)
RU (1) RU2140335C1 (en)
UA (1) UA34504C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526683C2 (en) * 2009-06-26 2014-08-27 ТАЙКО ЭЛЕКТРОНИКС Ю-КЕЙ ЛТД, Великобритания Highly-effective, high-temperature light film, tape or casing for wire insulation
RU2527458C1 (en) * 2012-12-13 2014-08-27 Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" Application of electrically conducting coating of sun shade

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT7522U1 (en) * 2004-04-29 2005-04-25 Plansee Ag HEAT SINKS FROM BORN DIAMOND-COPPER COMPOSITE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Новые материалы в технике / Под ред.Е.В.Тростянской и др. - М.: Химия, 1964, с.532 - 644. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526683C2 (en) * 2009-06-26 2014-08-27 ТАЙКО ЭЛЕКТРОНИКС Ю-КЕЙ ЛТД, Великобритания Highly-effective, high-temperature light film, tape or casing for wire insulation
RU2527458C1 (en) * 2012-12-13 2014-08-27 Открытое акционерное общество "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" Application of electrically conducting coating of sun shade

Also Published As

Publication number Publication date
UA34504C2 (en) 2001-03-15
AU715872B2 (en) 2000-02-10
KR19990036099A (en) 1999-05-25
BR9510637A (en) 1999-05-11
KR100289248B1 (en) 2001-05-02
AU5414196A (en) 1997-02-26
MX9710484A (en) 1998-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6162497A (en) Manufacturing particles and articles having engineered properties
US5453293A (en) Methods of manufacturing coated particles having desired values of intrinsic properties and methods of applying the coated particles to objects
US5698081A (en) Coating particles in a centrifugal bed
US6264882B1 (en) Process for fabricating composite material having high thermal conductivity
US5043535A (en) Hermetic cerglass and cermet electronic packages
US20120003465A1 (en) Sintering material, sintered bond and method for producing a sintered bond
US5188985A (en) Surface mount device with high thermal conductivity
KR20010079642A (en) Composite Material and Semiconductor Device Using the Same
WO1992017902A2 (en) Surface mount device with high thermal conductivity
Liu et al. Modified Ni/Pd/Au-finished DBA substrate for deformation-resistant Ag–Au joint during long-term thermal shock test
EP0977260B1 (en) Semiconductor-supporting devices, processes for the production of the same, joined bodies and processes for the production of the same
RU2140335C1 (en) Manufacture of particles and products with specified properties
JPH06268117A (en) Heat radiating substrate for semiconductor device and its manufacture
AU732924B2 (en) Manufacturing particles and articles having engineered properties
AU731877B2 (en) Manufacturing particles and articles having engineered properties
AU741059B2 (en) Manufacturing particles and articles having engineered properties
CA2228009A1 (en) Manufacturing particles and articles having engineered properties
JPH11510561A (en) Method for producing particles and articles having engineered properties
JP2000154081A (en) Ceramic parts and their production
CZ1898A3 (en) Process of making particles of desired total property, particles prepared in such a process and product made of those particles
Jo et al. The bonding properties of various surface finishes with Cu paste for pressure sintering
RU198076U1 (en) SILICON ALUMINUM-CARBIDE COMPOSITE HEAT SLEEVE
KR20110007815A (en) Diamond composite substrate for heat-radiation and manufacturing method thereof
RO117240B1 (en) Process for producing particles and articles having engineered physical properties and for coating an object, as well as resulting particles and articles
JP2820566B2 (en) Method of manufacturing heat dissipation member for semiconductor package