功率电子器件用高热导热率金刚石作为封装材料

真空电子二极管、三极管分别于1904年和1906年诞生。因此，称20世纪50年代以前为真空电子器件时代，当时其开展速度和重要地位实属惊人。以1947年半导体三极管发明起，并经过10年的开展，到6O年代已进入半导体三极管的时代，随着整个世界高科技的开展，依次进入IC时代(70年代)、LSI时代(80年代)、VLSI时代(90年代)，20世纪初已跨入ULSI时代。毋庸置疑，随着功率电子器件的迅速开展，其相关技术的封接、封装用材料和工艺也相应得到飞跃的进步。功率电子器件的设计，最主要包括电参数设计、结构设计和热耗散设计。热耗散的指标已是器件质量和高可靠的重要内容。迄今，真空电子器件的开展方向仍然是大功率、超高频。频率有至毫米波、亚毫米波，功率有达千瓦级、兆瓦级，这就是体积变小，功率变大，因而必须有大量的比热量要耗散掉。对分立器件和Ic也一样，半导体芯片数越来越多，布线和封装密度越来越高的功率电路中，器件越来越复杂，又将导致基片尺寸增大和集成度提高，其集成工艺从现在的微米技术进入了亚微米(0.1～0.5μm)领域，使得基片功率耗散增加，半导体元件绝缘基片的热效应显得更为重要。这将导致集成块单位体积内所产生的热量大幅度增加，如果这些热量不能迅速散发出去，集成块将难以正常工作，情况严重时，甚至可以导致集成块被烧损。

不同功率电子器件对封接、封装材料的性能要求是不一样的，例如，功率真空电子器件用输出窗，其基本性能要求是：①低的损耗角正切值；②低的二次电子发射系数；③低的介电常数；④高的介电强度；⑤高的热导率系数；⑥高的机械强度；⑦适当的热膨胀系数；⑧易于金属化和封接。而微电子行业所用的陶瓷基板，其基本性能要求是：①高的体、表面电阻、高的绝缘抗电强度以及低的tg8和介电常数；②热稳定好、热导率高、热膨胀系数适当、匹配；③机械强度大、翘曲度小、表面粗糙度适当；④化学稳定性好、与制造电阻或导体及其浆料的相容性好。

通常所说的金刚石在真空电子器件上的应用主要是指化学气相沉积(CVD)金刚石膜，该材料的优点是介质损耗很低，且热导率很高，是毫米波行波管特别是3 mm行波管输出窗的首选材料，pv= 1015～1016Ω·cm，电阻率很大。

G．Gantenbein业已报导，在140 GHz阶梯调谐高功率回旋管中，用于真空隔离的布儒斯特角金刚石输出窗取得了成功。该结构输出窗可确保回旋管工作不同频率时不会产生射频功率反射，表明CVD金刚石具有非常好的材料特性。

现在，人们正在探索将金刚石膜材料应用于诸如高功率回旋管和短毫米波行波管输出窗、行波管螺旋线与慢波结构、场致发射与二次电子发射器件等一系列微波电真空器件的关键部件。凯发k8国际致力于金刚石材料的研发和应用研究，已开发金刚石热沉片、金刚石晶圆衬底、金刚石窗口片、金刚石基异质集成等产品和方案。