金刚石：专为高效散热而生

发布时间：2025-03-14 14:08:35 | 浏览量： 19次

引

言

随着终端产品对轻薄化和高效化的要求提升，半导体方案的发展方向已不仅仅是提升性能而已，发热量和散热表现也成为半导体设计中相当重要的因素。发热量主要和芯片制造工艺和温度控制算法有关，而散热表现则可以在材料和产品结构上下功夫。在导热散热领域，材料如何选择？



在散热材料的选择上，传统石墨片、石墨烯等材料虽有一定效果，但面对未来高功率、高集成密度的器件，其热导率与轻薄化的需求难以满足。因此，探索新型高效散热材料显得尤为重要。金刚石、石墨烯等碳材料刚好满足要求，他们具有很高的导热系数，其复合材料是一类极具应用潜力的导热散热材料，目前已经成为人们关注的焦点。

PART.1

金刚石比传统散热材料好在哪？

金刚石，这一具有独特“碳单质”特性的材料，凭借其卓越的热导率、高硬度和刚度，以及低膨胀系数和低密度属性，成为了散热领域的新宠。



为了合成适用于热管理应用的金刚石，科研人员选择了微波辅助CVD技术。这种技术能够精确控制晶粒大小和晶粒界面，从而生产出符合特定应用需求的高品质多晶金刚石。目前，CVD金刚石已实现商业化生产，有1000-2000 W/m·K等不同等级的热导率供选择。此外，CVD金刚石还具有完全各向同性的特征，能够在各个方向上均匀扩散热量，进一步提升了其散热效率。





在成本方面，CVD金刚石散热器的生产成本相对较低。未经金属化处理的CVD金刚石散热器批量生产成本仅为1美元/立方毫米，且价格主要取决于热导率等级。对于常见的厚度和尺寸应用，金刚石散热器的尺寸通常较小，因此只需在芯片层面额外增加少量成本，即可实现系统成本的显著降低。



CVD金刚石与“传统”散热材料热导率对比

金刚石不仅在热导率方面表现出色，还具有高电阻率、高击穿场强、低介电常数和低热膨胀等特点。这些特性使得金刚石在高功率光电器件的散热问题上具有显著优势。通过采用适当的芯片粘贴方法，金刚石散热器能够为半导体封装提供可靠的热管理解决方案，确保器件在高效运行的同时保持稳定的温度。

PART.2

结   语




综上所述，金刚石作为高效散热领域的新星，凭借其卓越的性能和低廉的成本，正逐步成为半导体设计中不可或缺的材料。未来，随着技术的不断进步和成本的进一步降低，金刚石有望在更广泛的领域得到应用，为现代电子产品的轻薄化、高效化发展提供有力支持。

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