Thermophysikalische Charakterisierung von Metall-Diamantverbundwerkstoffen

Abstract

Aufgrund der rasanten Entwicklung im Bereich der Mikro- bzw.<br />Optoelektronik und der damit verbundenen Steigerung der Leistungsdichten von beispielsweise Mikroprozessoren, kommt es zu immer größeren Problemen bei der Wärmeabfuhr. Dies führt dazu, dass dem Bereich des "Thermal Management" in diesem Anwendungsbereich hohe Aufmerksamkeit entgegengebracht wird.<br />Thermal Management befasst sich mit der Lösung auftretender Probleme der Wärmeabfuhr, thermomechanischen Spannungen und dem damit verbundenen Versagen von elektronischen Bauteilen. Zur Anwendung kommen hier sog.<br />Wärmesenken (engl.: heat sink), also Materialien die in der Lage sind die entstehende Wärme möglichst effizient abzuführen.<br />Das Ziel dieser Arbeit war die Herstellung und thermophysikalische Charakterisierung von Diamant/Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Als Ausgangskomponenten dienten synthetische Diamanten und Legierungen der Metalle Silber und Aluminium mit Silizium.<br />Es erfolgte eine Modifizierung der Diamantoberfläche über verschiedene Ätzmethoden. Hier wurde der Einfluss der Temperatur und der Dauer der Behandlung untersucht. Die Analyse der Behandlungen wurde am Rasterelektronenmikroskop durchgeführt.<br />Im Vakuuminduktionsofen wurden die Legierungen verschiedener Zusammensetzungen aus den Reinsubstanzen hergestellt. Es sollte der Einfluss des Legierungsgehalts auf die Wärmeleitfähigkeit dieser bestimmt werden. Weiters wurde untersucht wie sich unterschiedliche Temperaturbehandlungen der Legierungen auf deren Wärmeleitfähigkeit auswirken. Schließlich wurden Verbundwerkstoffe mittels Gasdruckinfiltration von Diamantschüttungen mit Metallschmelze hergestellt. Hier dienten ausgewählte, vorbehandelte Diamanten und drei Legierungen verschiedener Zusammensetzung als Ausgangskomponenten. Innerhalb der jeweiligen Legierungssysteme wurden die Auswirkungen der Vorbehandlung der Diamanten auf die Wärmeleitfähigkeit bestimmt. Auch bei den Verbundwerkstoffen wurde die Wärmeleitfähigkeit für verschiedene Temperaturbehandlungszustände gemessen.<br />