在電子產(chǎn)品日益追求高性能、輕薄化的今天，終端產(chǎn)品對(duì)性能要求的不斷提升，發(fā)熱量和散熱表現(xiàn)已經(jīng)成為半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中不可忽視的重要因素。在這一背景下，金剛石材料憑借其卓越的熱導(dǎo)率和物理特性，成為了散熱領(lǐng)域的新寵。

傳統(tǒng)散熱材料的局限性

傳統(tǒng)的散熱材料，如石墨片、石墨烯等，雖然在一定程度上能夠滿足散熱需求，但隨著電子產(chǎn)品功率和集成密度的不斷提高，它們的局限性也日益凸顯。石墨片散熱膜產(chǎn)品較厚，熱導(dǎo)率有限，難以滿足未來(lái)高功率、高集成密度器件的散熱需求。因此，尋找具有更高熱導(dǎo)率、更輕薄的新材料成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

金剛石材料的優(yōu)勢(shì)

金剛石作為一種碳單質(zhì)，具有已知最高的熱導(dǎo)率、剛度和硬度，同時(shí)還具有低膨脹系數(shù)和低密度等特性。這些特性使得金剛石成為了一種理想的散熱材料。與傳統(tǒng)的散熱材料相比，金剛石能夠顯著降低熱阻，提高散熱效率。

在金剛石材料的合成方面，微波輔助CVD（化學(xué)氣相沉積）技術(shù)是一種有效的方法。通過(guò)該技術(shù)，可以更好地控制晶粒大小和晶粒界面，從而生成符合特定應(yīng)用熱導(dǎo)率級(jí)別所需的高品質(zhì)高再現(xiàn)性多晶金剛石。目前，CVD金剛石已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并提供了不同等級(jí)的熱導(dǎo)率供選擇。

CVD金剛石的應(yīng)用與成本

CVD金剛石不僅具有卓越的熱導(dǎo)率，還具有完全各向同性特征，能夠強(qiáng)化各方向上的熱量擴(kuò)散。這使得CVD金剛石在散熱領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)，CVD金剛石已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，且成本相對(duì)較低。對(duì)于常見的厚度和尺寸應(yīng)用，金剛石散熱器的增量成本僅為幾美元，但能夠大幅降低系統(tǒng)成本。例如，通過(guò)提高系統(tǒng)運(yùn)行溫度，可以降低冷卻子系統(tǒng)的初始成本和持續(xù)運(yùn)行成本。

綜上所述，金剛石材料憑借其卓越的熱導(dǎo)率和物理特性，在散熱領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的進(jìn)一步降低，金剛石散熱器有望成為未來(lái)電子產(chǎn)品散熱的主流解決方案。

要合成適用于熱管理領(lǐng)域的金剛石，首要步驟是選定最合適的合成技術(shù)。微波輔助化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)因其對(duì)晶粒尺寸及晶粒界面的卓越控制能力，能夠生產(chǎn)出滿足特定熱導(dǎo)率要求的高品質(zhì)且高度一致的多晶金剛石。目前，CVD金剛石已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，且有不同等級(jí)功率設(shè)備可供選擇。CVD金剛石還具有完全各向同性特征，強(qiáng)化各方向上的熱量擴(kuò)散。

在量產(chǎn)方面，CVD金剛石不僅產(chǎn)量可觀，而且成本相對(duì)較低。對(duì)于未經(jīng)金屬化處理的CVD金剛石散熱器，其批量生產(chǎn)成本約為1美元/立方毫米，價(jià)格差異主要取決于熱導(dǎo)率等級(jí)。針對(duì)厚度通常在0.25至0.40毫米之間、橫向尺寸與晶片相當(dāng)?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景，射頻器件所使用的金剛石散熱器體積往往小于5立方毫米。這意味著，在芯片層面僅需增加幾美元的額外成本，即可顯著削減系統(tǒng)整體成本。舉例來(lái)說(shuō)，如果系統(tǒng)能夠在更高溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，那么冷卻子系統(tǒng)的初期投資及后續(xù)運(yùn)維成本均可得到降低。通過(guò)采用適當(dāng)?shù)男酒迟N技術(shù)，金剛石散熱器能夠?yàn)榘雽?dǎo)體封裝提供一種可靠的熱管理方案。

免責(zé)聲明 | 部分內(nèi)容及圖片源自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有。

如涉侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們處理