Estudo sobre a otimização da difusividade térmica do cobre a partir de filmes de diamante CVD

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Kenya Aparecida Alves
• Orientador(a): Evaldo José Corat
• Banca de defesa: Vladimir Jesus Trava-Airoldi, João Paulo Barros Machado, Nicolau André Silveira Rodrigues, Úrsula Andréia Mengui
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: In this work, we developed a Cu/Diamond composite to achieve chemical vapor deposited (CVD) diamond films with good adhesion on copper substrates and high thermal diffusivity for electronic and thermal applications. The sample with CVC diamond films on copper and composite copper and grains diamonds after the laser glazing process showed improvement of approximately 50\% higher than the thermal diffusivity of copper, 113$m^{2}$/s. The direct diamond film deposition on copper yields poor adhesion because of carbon non affinity to copper and the high mismatch of their thermal expansion coefficients. A two-step process let a Cu/Diamond composite inlay that provide both film anchoring and stress relief. The first step involved electroplating of Cu mixed with diamond powder (10-50$\mu$m) on copper. The essential second step was laser glazing to change the electroplated copper to a molten state, which improved diamond powder embedding into surface. The CVD diamond film was deposited on top using Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HFCVD) method. The Cu-diamond composite interlayer and the CVD diamond film characterization included Scanning Electron Microscopy, Energy Dispersive X-ray (EDX/EDS), Raman Spectroscopy, and composite thermal diffusivity was measured by the laser flash method.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/04.01.16.43

Neste trabalho foi desenvolvido um compósito de Cu/Diamante para obter um filme de diamante CVD com boa adesão ao substrato de cobre e alta difusividade térmica para aplicações eletrônicas e térmicas. A amostra com filme de diamante sobre o substrato de cobre com o compósito de cobre e grãos de diamante após o processo de refusão a laser apresentou um melhora de aproximadamente 50\% do valor da difusividade térmica do cobre de 113 $mm^{2}$/s. A deposição de filmes de diamante diretamente sobre o cobre produz pouca adesão devido a não afinidade do carbono ao cobre e, portanto a não formação de carbeto e a alta incompatibilidade de seus coeficientes de expansão térmica. Um processo em duas etapas deixa o Cu/Diamante incrustados, fornecendo ancoragem do filme quanto alívio do estresse térmico. O primeiro passo envolve a eletrodeposição do cobre misturado com grãos de diamante (10-50$\mu$m). O segundo e essencial passo foi o processo de refusão a laser para modificar o cobre eletrodepositado a um estado de fusão, e melhorar o ancoramento dos grãos de diamante na superfície. O filme de diamante CVD foi depositado sobre esta superfície utilizando o método de Deposição Química de fase de Vapor por Filamento Quente (HFCVD). A interface do compósito Cu-Diamante e o filme de diamante foram caracterizados com Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raio-X, Espectroscopia de espalhamento Raman e a medição da difusividade térmica das amostras foi feita pelo método do Flash de Laser.