金刚石热沉片用于射频封装

近年来，作为引领性的新一代移动通信技术，5G大规模部署已取得显著成就。根据3GPP标准的节奏，5G-Advanced（5.5G）预计将于2024年进入商用阶段，这为迈向6G打下基础。而在通信速率代际提升的同时，基站功耗也会随之迈上新台阶，带来更高的热管理挑战。

在设计热管理系统时，重要的是要考虑材料和应用方法，以最大限度地降低通道温度并实现器件的长期运行。迄今为止，SiC (400 W/mK) 衬底与 GaN 的集成为高功率应用的 GaN HEMT 和 MMIC 技术提供了最佳选择。然而，尽管使用了 SiC 衬底，足够的散热仍然是确定 GaN 基电子器件最大功耗的限制因素。因此，实现长期可靠性的途径通常是通过降低最大功耗来实现。与当前最先进的 GaN 器件相比，采用 CVD 金刚石 (2000 W/mK) 的更好的散热解决方案有可能将功率密度提高 3 倍或更高。（图 1 比较了各种基板材料的热导率。）

虽然基于 GaN 的电子产品能够提供超高电流和功率密度性能，但许多高端电子系统的故障可直接归因于缺乏足够的热管理。

半导体器件的功率密度不断提高。对于高功率射频和光电子产品，使用 CVD 金刚石使设备能够以更高的功率水平运行，而无需提高结工作温度，从而提供更长的使用寿命和更好的可靠性。

为了在实际示例中展示金刚石热沉的影响，我们对射频放大器设计进行了分析。在此示例中，封装的 VDMOS（垂直扩散金属氧化物半导体）功率放大器最初是在 CuMo（铜/钼）法兰上使用 BeO（氧化铍）散热器制成的。最终用户希望降低系统设计的整体热阻，同时避免使用 BeO（因其毒性）。 

图 2 显示了从此建模得出的最佳设计之一的结到外壳的温度曲线。研究发现，CVD 金刚石热沉解决方案在 0.300 毫米厚、导热率为 1000 W/mK 时热阻降低了 30%（原始解决方案使用 1.00 毫米厚的 BeO 散热器）。金刚石热沉的热阻较低，使得该器件具有更好的射频线性性能，并且由于其降低的结温而提高了可靠性。 

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。