热冲击

热冲击
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热冲击是指由于急剧加热或冷却，使物体在较短的时间内产生大量的热交换，温度发生剧烈的变化时，该物体就要产生冲击热应力，这种现象称为热冲击。金属材料受到急剧的加热和冷却时，其内部将产生很大的温差，从而引起很大的冲击热应力，这种现象称为热冲击。一次大的热冲击，产生的热应力能超过材料的屈服极限，而导致金属部件的损坏。

简介

在过去的几十年里，微电子集成技术的迅速发展导致微电子器件的集成度和运行速度的显著增加，在可预见的未来也将继续发展下去。随着电子设备的功率密度的不断增长，设备功耗也越来越大，这必然会导致元器件核心部件的发热量大大增加。芯片的发热问题直接关系到微电子器件的可靠性，在半导体器件中，温度每升高18 ℃，失效的可能性就增加2 ～ 3 倍，而先进热管理材料的发展，正是解决这一问题的有效途径之一。先进热管理材料需要具备有高热导率，同时为了保证组件焊接的可靠性，应最大限度的减小热应力，因此热管理材料还需要具有半导体材料相匹配的热膨胀系数。
金刚石/铜复合材料作为最新一代的热管理材料，由高热导率、低膨胀的金刚石和导热性能良好的铜制成的互不固溶且能发挥各个组元特性的复合材料，在热管理和电子封装领域潜力巨大。早在1995 年，美国Sun Microsystems 公司与LawrenceLivermore 国家实验室联合开发了金刚石/铜复合材料，称之为Dymalloy。在随后的十多年里，学者们的主要研究重点是在制备方法，如Yoshida Katsuhito等利用高温高压，Schubert 等选用脉冲放电等离子烧结，Hanada 等则用粉末冶金的方法制备，都成功获得了不同性能的金刚石/铜复合材料。张习敏等主要研究了界面结合状态对材料的热导率影响。韩媛媛等则通过在金刚石中部分掺杂SiC 颗粒，对微观结构和性能的变化进行了探讨。随着金刚石/铜复合材料逐步开始应用到实际当中，对金刚石/铜复合材料自身的热学稳定性提出了更高的要求。
金刚石/铜复合材料制备过程中存在着残余应力，使用过程中，工作温度会不断变化，在加热和冷却过程中，由于二者的热膨胀系数存在较大的差距( 铜合金16 × 10-6 K-1 ; 金刚石1.35 × 10- 6K-1 ) ，从而材料自由膨胀或收缩受到约束，内部会产生热应力。热应力随温度的反复变化，可能会引起材料性能不断下降，最终将导致热疲劳失效。