Với sự phát triển không ngừng của công nghệ vi điện tử và truyền thông 5G, các linh kiện điện tử đang hướng tới việc thu nhỏ và mật độ tích hợp cao hơn. Vật liệu đóng gói điện tử truyền thống-có độ dẫn nhiệt thấp, hiệu suất tản nhiệt kém và hệ số giãn nở nhiệt tương đối cao-có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt ở các thiết bị điện tử-tốc độ cao, dẫn đến hư hỏng hoặc thậm chí hỏng hóc và do đó không thể đáp ứng nhu cầu của mạch tích hợp hiệu suất-cao.
Kim cương sở hữu các đặc tính nhiệt động, cấu trúc và điện tử tuyệt vời, với độ dẫn nhiệt vượt quá 2000 W/(m·K), khiến nó trở thành vật liệu tản nhiệt-lý tưởng. Mặt khác, đồng mang lại khả năng gia công và tính dẫn nhiệt vượt trội. Sự kết hợp của cả hai mang lại vật liệu tổng hợp kim cương/đồng với mật độ thấp, độ dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở nhiệt có thể điều chỉnh, khiến chúng trở thành một trong những vật liệu quản lý nhiệt hấp dẫn nhất.
Hiện nay, có nhiều phương pháp điều chế vật liệu tổng hợp kim cương/đồng, như luyện kim bột, thẩm thấu và sản xuất bồi đắp. Trong số này, luyện kim bột đã trở thành một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất do quy trình xử lý đơn giản và các đặc tính tuyệt vời của vật liệu tổng hợp thu được. Trong phương pháp này, bột đồng và các hạt kim cương được trộn đều bằng phương pháp nghiền bi hoặc các phương pháp khác, sau đó được củng cố bằng cách thiêu kết để tạo ra vật liệu tổng hợp có cấu trúc vi mô đồng nhất.
Các kỹ thuật thiêu kết thường được sử dụng bao gồm thiêu kết ép nóng-chân không, thiêu kết ép nóng-nhanh và thiêu kết plasma tia lửa điện.
thiêu kết ép nóng chân không-:
Các hạt kim cương được kim loại hóa được trộn với bột đồng rồi thiêu kết trong chân không dưới áp suất và nhiệt độ áp dụng (thiêu kết pha ở trạng thái rắn hoặc pha lỏng).
Ưu điểm: công nghệ trưởng thành, thiết bị sẵn có rộng rãi.
Nhược điểm: nhiệt độ thiêu kết cao (900–1000 độ), nguy cơ bị grafit hóa kim cương.
Thiêu kết ép nóng-nhanh:
Một nguồn nhiệt bên ngoài làm nóng khuôn và bột nhanh chóng trong khi áp suất một trục được áp dụng, cho phép cô đặc nhanh chóng.
Ưu điểm: (1) thời gian thiêu kết ngắn, giảm đáng kể sự tiếp xúc với kim cương ở nhiệt độ cao và ngăn chặn hiệu quả quá trình than chì hóa; (2) mật độ tương đối cao, đạt trên 95 % và tiệm cận mật độ lý thuyết; (3) chi phí thấp và cấu trúc thiết bị đơn giản; (4) điều chỉnh linh hoạt nhiệt độ thiêu kết, áp suất và thời gian giữ, phù hợp để tối ưu hóa quy trình.
Nhược điểm: (1) gia nhiệt bên ngoài gây ra sự chênh lệch nhiệt độ ở các cạnh khuôn; (2) kích thước mẫu bị giới hạn bởi kích thước khuôn.
Thiêu kết tia lửa plasma:
Dòng điện xung tạo ra tia lửa plasma giữa các hạt bột, cho phép gia nhiệt và thiêu kết nhanh chóng.
Ưu điểm: tốc độ gia nhiệt nhanh, thời gian thiêu kết ngắn, giảm phản ứng bề mặt quá mức.
Nhược điểm: thiết bị đắt tiền, cỡ mẫu hạn chế.
Việc triển khai thực tế các quy trình thiêu kết này phụ thuộc vào sự hỗ trợ của thiết bị thiêu kết ở nhiệt độ-cao.