“材料之王”——金刚石热沉片书写热管理新篇章！

金刚石作为我国战略新兴产品之一，其“材料之王”的特性得到不断的开发利用，金刚石作为超硬材料的一种，除具有超硬的力学性能外，还具有最高的热传导率、优良的光学性能、半导体性能和极佳的化学稳定性，用途极其广泛。

1）半导体应用：金刚石是优异的宽带隙材料，其电子亲和势较小，空穴迁移率极高，可作为芯片等半导体器件的理想材料。

2）微电子机械应用：金刚石具有最高的热导率和电阻率，在电子元器件材料表面沉积纳米金刚石薄膜，缩小原有元件中散热部件的尺寸，为制作超大规模集成电路提供可能；金刚石膜层对绝缘起到保护作用，避免了元件之间的相互干扰。

3）光学应用：具有极宽的谱带透过性和耐腐蚀性，在光学领域中也得到广泛应用，用于远红外光学窗口、航天器窗口、激光器窗口、透镜的保护膜等。

4）热学应用：金刚石的热导率是目前已知材料中最高的，作为散热性极好的热沉材料，主要应用在激光二极管及阵列、高速计算机CPU芯片多维集成电路、军用大功率雷达微波行波管导热支撑杆、微波集成电路基片、集成电路封装自动键合工具TAB等高技术领域，提升器件的高温稳定性。

5）电化学应用：掺硼的金刚石具有宽的电化学窗口、强的电氧化能力、低的背景电流和良好的化学稳定性，是一种很好的电极材料。可用于有害污染物质检测、污水处理等。

6）医疗器械应用：金刚石的高热导率、良好的光学性能、高化学稳定性及对人体的无害性等，使其可广泛应用于医疗器械中的传感器、CT检测仪器的X射线靶材等。

有值得一提的是，金刚石具有任何材料中最高的导热率，这使其成为电子设备中热管理的绝佳选择。一旦制造了半导体器件，就必须将芯片封装并内置到电气系统或电子产品中。金刚石材料的优异热性能-具有最高的导热率和低的热膨胀系数-可用于电子包装和电力系统中的热管理。

图1.典型的CVD金刚石散热器封装几何形状

金刚石的导热系数是铜的导热系数的五倍。铜虽然是很好的导热体，但铜也能导电。金属通过自由电子传导热和电。电路需要与铜电气隔离，以防止短路。然而，金刚石具有高的介电强度。

金刚石、陶瓷、玻璃和其他电绝缘体通过声子或晶格振动传导热量。由于极强的原子键合，钻石具有刚性的晶格。金刚石的刚性晶格提供了很高的振动频率，因此提供了2,220 K的高德拜温度，从而限制了声子-声子散射的阻抗。

金刚石热沉片的高导热率和高介电强度的结合对于大功率激光二极管阵列，RF模块和大功率晶体管而言非常有价值。氧化铍（BeO）衬底由于其高导热率和介电强度的组合而被用于某些电子包装应用中。金刚石热沉片取代了有毒的BeO热沉片，同时提供了更好的散热性能。由金刚石制成的电子散热器和封装基板在散热方面非常出色，同时还使微电子器件与其他设备和电路组件电绝缘。高效的散热可延长这些电子设备的使用寿命，并且设备的高昂更换成本证明了使用高效，相对昂贵的金刚石热沉片的合理性。

CVD金刚石的热膨胀系数（约1 ppm /°C）比硅（2.6 ppm /°C），GaAs（5.7 ppm /°C），GaN（3.2 – 5.6 ppm /°）低得多。C）和铜（16.6 ppm /°C）。必须在设计过程的初期就对热膨胀差异进行考虑和建模，以防止热循环期间的应力降低器件寿命和可靠性。在某些设计中，电子设备夹在两个金刚石层之间以平衡应力。

图2.金刚石和各种散热材料的热性能

凯发k8国际是国内首家掌握MPCVD制备高质量金刚石的核心工艺并实现量产， 并且独创基于等离子体辅助抛光的金刚石原子级表面高效精密加工方法，全球首家将金刚石热沉片表面粗糙度从数十微米级别降低至1nm以下，达到半导体级应用标准。采用金刚石热沉的大功率半导体激光器已经用于光通信，在激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等领域也都有应用。