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电子器件热管理神器:金刚石热沉片!

发表时间:2022-04-25 09:39作者:化合积电网址:http://www.csmc-semi.com

随着对更强大、更高效和更小的功率电子器件的需求不断增加,器件的功率密度变得越来越高,这对芯片器件的散热提出了更高的挑战。


一般来说,提供给电子器件的电能最终将以热量的形式耗散。热量的产生伴随着热源温度的升高,然后传递至电子模组和封装内外温度较低的区域。在封装体中,热量传递依据固体材料中的热传导过程。当热量传递至封装外表面时,一般通过热对流的形式传递至冷却流体(如空气)中。对于低功耗器件,在向外部环境传递热量时,热辐射也发挥着重要作用,电子封装内的温度会不断升髙,直到封装体向外传递热量的速率与产生热量的速率相等,温度变化才能达到稳定。因此,值得指出的是,即使并未有目的地对封装体进行散热,自然或物理定律也会限制温度的升髙。


然而,大多数情况下,如果不采取散热措施,封装体的温度将会变得过高。美国空军航空电子整体研究项目的研究结果表明,55%的器件失效是由温度因素导致的。但需要注意的是,不同于军用航空器件,大多数商用产品中的封装器件无需经过振动、灰尘或湿气等严苛的环境可靠性测试,所以温度引起的失效比例可能会更高。除了影响电子器件的可靠性之外,温度还会影响系统电路性能。因此,高热导率的金刚石新型热管理材料备受青睐。


金刚石,具有能带间隙宽、导热系数高和载流子迁移率高等优良电学特性,在高温高压高频高功率电子器件应用领域前景广阔。只要充分发挥金刚石与生俱来的热性能,将可以轻松应对当今电子电力、功率器件等面临的“散热”难题,实现在更小的体积上,提高可靠性和增强功率密度。一旦“热“问题解决,通过有效改善热管理的性能,还将显著提升半导体器件使用寿命和功率,同时,大幅降低运营成本。


化合积电推出金刚石热沉片TC1200、TC 1500、TC 1800


国际领先的磨抛能力,实现金刚石热沉片生长面表面粗糙度 Ra<1nm


化合积电基于等离子体辅助研磨抛光的金刚石原子级表面高效精密加工方法,对于2英寸金刚石衬底,可将表面粗糙度从数十微米级别降低至1nm以下。该技术具有较高的去除效率, 能够获得原子级平坦表面, 并且不会产生亚表面损伤。目前具备金刚石超表面磨抛至Ra<1nm的厂商屈指可数,化合积电已达国际领先水平。


金刚石热沉片超高热导率,T.C:1000-2000W/m.K


在热导率要求1000~2000W/m.k之间,金刚石热沉片是首选以及唯一可选热沉材料。化合积电可根据客户要求定制产品热导率,目前已推出三款标准产品:TC1200、TC 1500、TC 1800。


提供金刚石热沉片厚度、尺寸、形状等定制化服务


化合积电金刚石热沉片的厚度可从 200到 1000 微米,2022年上半年直径可实现至125mm。我们具备激光切割和抛光能力,为客户提供满足其特定要求的几何形状、表面平整度和低粗糙度,以及金属化服务。


产品参数如下:


Product name

Dia-TC1200

Dia - TC1500

Dia - TC1800

Growth Method

MPCVD

MPCVD

MPCVD

Thickness

0~1mm

0~1mm

0~1mm

Thickness tolerance

+/- 5%

+/- 5%

+/- 5%

Size

1cm*1cm;2inch

1cm*1cm;2inch

1cm*1cm;2inch

Ra

< 1 nm

< 1 nm

< 1 nm

FWHM (D111)

0.354

0.354

0.354

CTE @ 300K (ppm K-1)

1.0±0.1

1.0±0.1

1.0±0.1

T.C @ 300K/m.K

>1200W/m.K

>1500W/m.K

>1800W/m.K

Thermal expansion coefficient(@ 300K (ppm K-1))

1.0±0.1

1.0±0.1

1.0±0.1

Thermal diffusion

(300K (cm2 s-1))

>5.5

>8.3

>10.0

specific heat capacity

300K (J kg-1 K-1)

520

520

520

GPa

81 ± 18

81 ± 18

81 ± 18

MPa m0.5

5.3 - 7.0

5.3 - 7.0

5.3 - 7.0

GPa

1050

1050

1050

Density(103 kg m-3)

3.52

3.52

3.52

Rv/Rs (Ω m

1012

1012

1012

TTV

< 15 μm

< 15 μm

< 15 μm

Bow

< 30 μm

< 30 μm

< 30 μm

Warp

< 100 μm

< 100 μm

< 100 μm


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。基于晶圆级的金刚石热沉片的生产能力,化合积电开发出了金刚石基氮化镓外延片,主要应用在射频(卫星、5G基站)与高功率器件(光伏、风力发电、新能源车、储能)等对热管理需求高的领域,作为碳化硅基氮化镓材料的补充。


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