金刚石，散热领域的材料之王

发布时间：2025-06-06 14:51:50 | 浏览量： 11次

在科技飞速发展的今天，导热材料在众多领域都扮演着举足轻重的角色。从电子设备的散热到能源领域的热管理，高效的导热材料能够显著提升系统的性能与稳定性。在众多导热材料中，金刚石作为一种新兴导热材料，正逐渐崭露头角并后来居上。




目前，新能源汽车、消费电子、AI、无人机、通讯、电力及工业自动化等正在高速发展，而这些行业正面临着日益严峻的散热难题。消费电子和通信领域，器件小型化、高频化和高功率化趋势下，热量聚集引起的电子产品故障问题；新能源汽车以及储能领域，电池高密度引发的过热安全问题；无人机CPU、GPU等高热源带来的可靠性问题......




金刚石具有“碳单质”特性，包括已知最高的热导率、刚度和硬度，同时在较大波长范围内具有高光学传输特性、低膨胀系数和低密度属性。这些特性使金刚石成为能够显著降低热阻的热管理应用材料，被视为半导体材料“六边形战士”及“终极半导体”。




要合成热管理应用所需金刚石，第一步是选择最恰当的合成技术，据了解，目前主流工艺有高温高压HPHT、化学气相沉积CVD，其中，MPCVD法是制备高质量、大尺寸、低成本的晶圆级金刚石的最佳方案。在当下全球化、数字化加速发展的时代，金刚石导热材料的应用正在为各个行业的转型和升级提供新的思路。目前，CVD金刚石已实现商业化，有1000-2000 W/m·K 不同等级热导率可供选择。CVD金刚石还具有完全各向同性特征，强化各方向上的热量扩散。



金刚石导热原理



金刚石独特的立方晶体结构是其导热性能卓越的根源。在这种结构中，每个碳原子都通过 SP3 杂化轨道与相邻的 4 个碳原子紧密相连，形成稳固的共价键，构建出规则的正四面体结构。由于所有价电子都被牢牢束缚在共价键区域，不存在自由电子，这使得金刚石呈现出绝缘特性。不同于金属依赖外围电子实现热量传导，金刚石的高热导性能主要依赖碳原子振动产生的声子传播。当局部受热时，碳原子振动加剧，这种振动能量以声子的形式在晶体中快速传递，从而实现高效的热量传导，让金刚石在散热领域大放异彩。



关于碳方程



碳方程，主要从事第三、四代半导体材料专用设备的研发与制造，其核心业务为金刚石半导体材料所需的MPCVD长晶设备的研发与生产。公司致力于完善金刚石大尺寸材料的加工工艺及相关配套设备，旨在实现核心设备的自主化与产业化，以推动整个行业的快速发展。



截止目前，公司已成功研发出6KW/10KW/15KW等MPCVD长晶设备并大批量应用于金刚石行业，与此同时，公司在技术创新上持续深耕，2024年已顺利推出915MHZ MPCVD设备，并小批量出货。


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