超高热导半导体封装基板——金刚石热沉片

封装基板材料的要求是: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。

一般的封装基板有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、超大规模集成电路中使用；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；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)，随着半导体封装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，金刚石的热导率高达2000W/(m.K)以上，热膨胀系数约为1.1×10-6/℃ ，在半导体、光学等方面具备其他封装材料所达不到的优良特性，可以用于制造高功率、高频率和高温环境下工作的电子器件，例如微波器件、功率放大器和高速晶体管等。

金刚石半导体可以应用于以下方面：

1.微波器件：金刚石半导体可以制造出高功率、高频率的微波器件，如微波放大器、混频器、振荡器等。

2.光电器件：金刚石半导体可以制造出高性能的光电器件，如探测器、光电二极管等。

3.高温电子器件：金刚石半导体可以制造出在高温环境下工作的电子器件，如燃气轮机控制器、高温传感器等。

4.功率电子器件：金刚石半导体可以制造出高功率、高效率的功率电子器件，如晶闸管、IGBT、MOSFET等。

5.高速电子器件：金刚石半导体可以制造出高速电子器件，如高速晶体管、快速开关等。

6.生物传感器：金刚石半导体可以制造出生物传感器，用于检测生物分子和细胞，如DNA传感器、生物电化学传感器等。

50多年来，采用高压高温技术（HPHT） 制造的合成金刚石广泛应用于研磨应用，充分发挥了金刚石极高硬度和极强耐磨性的特性。在过去20年中，基于化学气相沉积（CVD） 的新金刚石生成方法已投入商业化应用，这样就使得以较低成本生成单晶和多晶金刚石。这些新合成方法支持全面开发利用金刚石的光学、热学、电化、化学以及电子属性。现在金刚石已广泛应用于光学和半导体行业。

金刚石导热原理

金刚石是立方晶体，由碳原子顺利获得共价键结合形成。金刚石的许多极致属性都是形成刚性结构的sp³ 共价键强度和少量碳原子作用下的直接结果。

金属顺利获得自由电子传导热量，其高热传导性与高导电性相关联，相比之下，金刚石中的热量传导仅由晶格振动（即声子）完成。金刚石原子之间极强的共价键使刚性晶 格具有高振动频率，因此其德拜特征温度高达2，220°K。由于大部分应用远低于德拜温度，声子散射较小，因此以声子为媒介的热传导阻力极小。但任何晶格缺陷都会产生声子散射，从而降低热传导性，这是所有晶体材料的固有特征。

金刚石散热片生产法及在微波领域的应用

随着大尺寸、高质量以及大范围、高灵活度的金刚石沉积技术的逐步开发， 有望使大规模集成电路和高速集成电路的开展进入一个新时代。与此同时， 金刚石制备技术的开展也有助于了金刚石光学及光电子学的快速进步， 实现了光电子器件的尺寸大幅降低。高精度金刚石棱镜、金刚石图形化电极以及金刚石声表面波器件的应用都将有助于光学、电学和声学领域技术的进一步开展。

金刚石相比于其他材料具有诸多极其优异的物理化学性能指标， 如极佳的机械性能、热学性能、透光性、半导体性能及化学惰性， 是一种全方位的不可替代的特殊多功能材料。这些特性在很多情况下都远远优于其他材料。氧化镓、金刚石是第四代半导体材料。其中，氧化镓是一种无机化合物，也是超宽禁带半导体材料，氧化镓超宽禁带半导体材料制造的功率器件，更耐热、更高效、成本更低、应用范围更广，有望替代碳化硅和氮化镓成为新一代半导体材料。

而金刚石是最有应用前景的新一代半导体材料之一。其热导率和体材料迁移率在自然界中最高，在制作功率半导体器件领域应用潜力巨大。现在，全球都在加紧金刚石在半导体领域的研制工作。其中，日本已成功研发超高纯2英寸金刚石晶圆量产方法，其存储能力相当于10亿张蓝光光盘。随着我国加快有助于关键技术突破，功能金刚石材料将由实验室阶段向商业化转变。

凯发k8国际不断致力于金刚石的研究和生产，金刚石作为热管理首选材料，以用于5G通讯、激光器、医疗器械、新能源等领域。凯发k8国际金刚石热沉片热导率高达1200-2200W/（m·k），已有TC1200，TC1500，TC1800和TC2000四款标准产品，根据客户需求，给予金属化、切割、打孔等服务，具备强大的定制化能力，给予全方位的金刚石热管理解决方案。