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5G时代热管理材料的天花板-金刚石热沉片

发表时间:2022-09-15 09:18作者:化合积电网址:https://www.csmc-semi.com/

根据IDTechEx的报告,5G基础架构的主要挑战之一是热管理。5G天线使用更高频率,需要增加增益才能达到可接受的性能范围。另外,5G毫米波频谱在透过墙壁或窗户等物体时的传播非常差,因此需要更多的单天线单元才能提供足够的覆盖范围。较高的频率还减小了天线元件之间的间距,从而导致电子组件阵列的密度更高,它们都必须及时消散热量。随着网络中天线安装数量的增加和密度的提高,主动热管理冷却方法(例如风扇或液体冷却)在5G基础架构下也将面临挑战。





大规模MIMO的兴起增加了RF链的安装数量,波束成形的需求以及网络中使用的大量天线元件,导致天线PCB、功率放大器、波束成形组件等用量的增加。大规模MIMO还推动了数据传输速率和信道的提升,从而加大基带处理单元功耗,对热界面材料的市场需求增加。不仅前端RF天线需要TIM,基带处理器和电源也需要TIM,这带来了巨大的市场潜力。





对于器件的TIM材料一般要求:高电阻率、高热导率、低介电常数、介电损耗。一般的TIM材料有: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5G大功率电子器件的使用;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, 但热导率目前最高也只能260W/ (m·K),随着电子产品向高功率、高集成、轻薄化和智能化方向加速发展,对散热的要求越来越高,AlN材料也有一定的发展瓶颈。而金刚石是目前已知自然界中热导率最高的物质,CVD金刚石的热导率可高达2000 W/(m.K),热膨胀系数约为1.1×10-6/℃ ,在半导体、光学等方面具备其他TIM材料所达不到的优良特性。


化合积电专注于金刚石的研发与生产,具备MPCVD设备设计能力,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,晶圆级金刚石Ra<1nm,金刚石热沉片热导率1000-2000W/m.k,更有GaN on diamond 、Diamond on GaN、金刚石基氮化铝等产品,为您提供最全金刚石热管理解决方案。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RF功率放大器、激光二极管、功率晶体管、电子封装材料等领域也都有应用。


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