金刚石热沉片，解决CPU热瓶颈

随着电子产品的快速开展，对于CPU功能以及缩小体积的需求越来越大，相对的产品所使用的IC功能也越来越强、运算速度越来越快、体积却越来越小，整个演进的趋势正以惊人的速度推进，而对这种趋势能造成阻碍的一个主要因素就是“热”。热生成的主要因素是由于IC中百万个晶体管计算时所产生的功率消耗，这些热虽然可藉由提升IC制程能力来降低电压等方式来减少，但是仍然不能解决发热密度增加的趋势，以CPU为例，随着晶体管运算速度加快，晶体管密度增加，发热瓦数正逐年增加。散热问题如不解决，会使IC因过热而影响到产品的可靠性，造成寿命减低甚至损毁的结果。因此，如何在不损害CPU的情况下使其能保持正常的温度运行是现在CPU处理性能急需解决的的问题。

图1 CPU散热示意图以及其内部焊接结构

现在CPU处理性能主要考虑的三方面：

•降低热阻，高效散热

•低温金属化，焊接，防止烧毁CPU

•热失配问题

散热材料的要求是:高电阻率、高热导率、低介电常数、介电损耗、与硅和砷化镓有良好的热匹配性、表面平整度高、有良好的机械性能及易于产业化生产等。一般的散热材料有Al2O3陶瓷、SiC陶瓷、AlN材料。但是Al2O3的热膨胀系数 (7.2×10-6/℃) 和介电常数 (9.7) 相对Si单晶而言偏高, 热导率 (15-35W/ (m·K)) 仍然不够高, 导致Al2O3陶瓷基片并不适合在高频、大功率电子器件的使用；SiC陶瓷的热导率很高,且SiC结晶的纯度越高, 热导率越大；SiC最大的缺点就是介电常数太高, 而且介电强度低, 从而限制了它的高频应用, 只适于低密度封装散热；AlN材料介电性能优良、化学性能稳定, 尤其是它的热膨胀系数与硅较匹配等特点使其能够作为很有开展前景的半导体封装基板材料, 但热导率现在最高也只能260W/ (m·K)，随着CPU开展对散热的要求越来越高，AlN材料也有一定的开展瓶颈。而金刚石是现在已知自然界中热导率最高的物质，金刚石热沉片的热导率可高达2000 W/(m.K)，热膨胀系数约为1.1×10-6/℃，在自然界有着“终极半导体”的称号。

图2   金刚石与其他散热材料的对比

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