设为首页 | 收藏本站

金刚石——电子设备中热管理的绝佳选择

发表时间:2021-12-20 17:56作者:化合积电网址:http://www.csmc-semi.com

金刚石具有任何材料中最高的导热率,这使其成为电子设备中热管理的绝佳选择。一旦制造了半导体器件,就必须将芯片封装并内置到电气系统或电子产品中。金刚石材料的优异热性能-具有最高的导热率和低的热膨胀系数-可用于电子包装和电力系统中的热管理。

电子热管理的最佳材料是什么?

图1.典型的CVD金刚石散热器封装几何形状。


金刚石的导热系数是铜的导热系数的五倍。铜虽然是很好的导热体,但铜也能导电。金属通过自由电子传导热和电。电路需要与铜电气隔离,以防止短路。然而,金刚石具有高的介电强度。


金刚石,陶瓷,玻璃和其他电绝缘体通过声子或晶格振动传导热量。由于极强的原子键合,钻石具有刚性的晶格。金刚石的刚性晶格提供了很高的振动频率,因此提供了2,220 K的高德拜温度,从而限制了声子-声子散射的阻抗。


电子热管理的最佳材料是什么?

图2.与铜,氧化铍和氮化铝材料相比的Diafilm散热器。


金刚石散热器的高导热率和高介电强度的结合对于大功率激光二极管阵列,RF模块和大功率晶体管而言非常有价值。氧化铍(BeO)衬底由于其高导热率和介电强度的组合而被用于某些电子包装应用中。金刚石散热器取代了有毒的BeO散热器,同时提供了更好的散热性能。由金刚石制成的电子散热器和封装基板在散热方面非常出色,同时还使微电子器件与其他设备和电路组件电绝缘。高效的散热可延长这些电子设备的使用寿命,并且设备的高昂更换成本证明了使用高效,相对昂贵的金刚石散热器的合理性。合成金刚石散热器可防止硅和其他半导体材料过热。


CVD金刚石的热膨胀系数(约1 ppm /°C)比硅(2.6 ppm /°C),GaAs(5.7 ppm /°C),GaN(3.2 – 5.6 ppm /°)低得多。C)和铜(16.6 ppm /°C)。必须在设计过程的初期就对热膨胀差异进行考虑和建模,以防止热循环期间的应力降低器件寿命和可靠性。在某些设计中,电子设备夹在两个金刚石层之间以平衡应力。

电子热管理的最佳材料是什么?

图3.金刚石和各种散热器材料的热性能。


金刚石基板可以通过金属化和焊接用作包装材料,以提供散热解决方案。将CVD金刚石直接沉积到设备上是将散热器集成到产品中的另一种方法。另一种方法是使用预制的金刚石晶片(金刚石热沉片),在其上制造多个常规的半导体器件或金刚石半导体器件。


在开发用于高电子迁移率晶体管(HEMT)(用于HEMT应用的金刚石氮化镓衬底)的实验中,金刚石氮化镓(GaN)和碳化硅氮化镓(SiC)的热导率测量表明:与SiC相比,金刚石可以将热阻(°C / W)降低多达58%,并且功率密度高三倍。结果,GaN-on-Diamond场效应晶体管的功率密度可以提高三倍。GaN金刚石晶片将是蜂窝基站和军事通信应用中部署的高功率GaN晶体管的理想平台。


尽管金刚石具有出色的热性能,但一些专家认为金刚石是最终的介电材料,可用于缩小和提高无源器件的性能。

热门文章

2022

06-29

半导体是电子产品的核心,亦被称为现代工业的“粮食”:一代技术依赖于一代工艺,一代工艺依赖一代材料和设备来实现。半导体材料处于整个半导体产业链的上游环节,直接影响下游产业的质量和竞争力。金刚石被称为“终极半导体”,具有禁带宽度大(5.5eV);热导率高,最高达120W/cm·K(-190℃),一般可达20W/cm.K(20℃);传声速度最高,介电常数小,介电强度高等特点。金刚石集力学、电学、热...

2022

06-29

以前的金属(铝、铜)散热件由于存在密度大、热膨胀系数较高、材料不纯等问题,很难满足散热的需要。随着科学技术的快速发展,航空航天、卫星通讯、高功率激光器等领域对于散热问题越来越重视,对热管理材料提出了更高的要求。金刚石材料因具有低密度、高强度、高导热系数、耐化学腐蚀等特点,有望取代以前的金属材料成为新一代的高导热材料。金刚石是散热材料的一员大将,因为所有的价电子均被限制在共价键区域,没有自由电...

2022

06-28

较高复杂性和功率密度更大的现代微型电子设备日益受到热管理技术的瓶颈制约。例如氮化镓(GaN)可以显著提高射频(RF)晶体管的整体性能,使其上升到一个全新的技术基准;但在临近最大输出功率处,RF晶片工作运行时的信道加热却大大缩短了设备寿命。因此,氮化镓设备的潜能有待于进一步挖掘提高。为了解决这个问题,化合积电研发了导热性更高的衬底以帮助晶体管设备散热:化学气相沉积(CVD)金刚石。金刚石是迄今...

2022

06-28

在极端环境中使用的芯片材料的研究数量正在增加,比如登陆金星。在金星上,表面温度在500°C左右,压力相当于地球海洋深度约900米。二氧化碳大气层中渗着硫酸云。虽然GaN在电源转换电路方面吸引了很多关注,但这只是半导体在极端环境中的几种应用之一。在许多工业和航空航天环境中发现的高电压、高温和腐蚀性气氛,会使设备受到远远超出硅的工作范围的条件影响。而金刚石具有带隙宽、热导率高、击穿场强高、载流子...

2022

06-27

CVD金刚石热沉片是聚晶纯金刚石材料,不含任何结合剂和添加剂,宏观各向同性,具有优异的耐磨性、耐温性和导热性,锋利耐用,强度高,不易破碎,加工工件表面光洁度高。CVD金刚石具有天然钻石的一切优异的物理化学性能,使得在精密切削刀具、耐磨器件、半导体及电子器件、低磁探测、光学窗口、声学应用、生物医学、珠宝首饰等方面得到广泛应用。金刚石是一种性能优异的宽禁带半导体材料:•极高的热传导:热导率220...

2022

06-27

在电力电子行业,硅MOSFET的性能已经达到了理论极限,现在急需新的技术。GaN是一种具有宽带隙及高电子迁移率的半导体,已被证明能够满足新应用。基于GaN的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件具有出色的电气特性,是替代高压和高开关频率电机控制应用中MOSFET和IGBT的理想器件。而GaN的性能和可靠性与沟道温度和焦耳热效应有关,研究表明,金刚石可显著改善GaN基功率器件中存在的热效应问题。几...
新闻中心
>行业动态


产品中心
>金刚石热沉片
>金刚石氮化镓
>氮化铝薄膜
>压电氮化铝薄膜

联系我们
>联系我们


E-mail:sales@csmc. tech Telephone:0086-13859969306
厦门总部:福建省厦门市集美区灌口大道253号
韩国分公司:Changchundoing Shinchon-ro 2nd floor
2108 ho Seodaemoon-gu Seoul, Korea
上海办事处:上海市嘉定区浏翔公路955号小美科技园5号楼407室

点击这里给我发消息