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特陶之家tetaohome第四代電子封裝熱沉材料-金剛石熱沉材料介紹
熱沉材料，由于要與芯片緊密貼裝，需要考慮2大基本性能要求：高的熱導(dǎo)率(thermal conductivity，TC)和匹配的熱膨脹系數(shù)(coefficient of thermal expansion,CTE)。
金剛石通過(guò)晶格振動(dòng)傳熱，碳原子產(chǎn)生振動(dòng)的量子能量較大，也就是振動(dòng)頻率很高，因此熱導(dǎo)率非常高。天然單晶金剛石的室溫(25℃)熱導(dǎo)率可達(dá)到2200W/(m·K)，作為對(duì)比，金屬銅的熱導(dǎo)率約為4 00W/(m·K)，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料硅的熱導(dǎo)率不足200W/(m·K)。采用CVD法人工培育的金剛石，其室溫?zé)釋?dǎo)率通常也能達(dá)到1000-2000W/(m·K)。
作為對(duì)照，陶瓷材料：如氮化鋁、氧化鈹、氧化鋁。熱導(dǎo)率分別為170-230 W/m.k、190 W/m.k、20 W/m.k，其中氮化鋁在燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)和缺陷造成實(shí)際產(chǎn)品的熱導(dǎo)率低于理論值，氧化鈹生產(chǎn)成本較高并且有劇毒，氧化鋁熱導(dǎo)率最低。金屬材料：如鋁、銅。熱導(dǎo)率分別為230 W/m.k、400 W/m.k，但是金屬鋁、銅的熱膨脹系數(shù)較大, 可能造成比較嚴(yán)重的熱失配問(wèn)題。復(fù)合材料：如鋁碳化硅。是將SiC陶瓷和金屬Al結(jié)合在一起的金屬基復(fù)合材料，熱導(dǎo)率為200 W/m.k，需要通過(guò)改變SiC的含量使其與相鄰材料的熱膨脹系數(shù)相匹配，增加了調(diào)試成本。
金剛石熱沉材料具有高熱導(dǎo)率、低膨脹的優(yōu)點(diǎn)，密度小，可鍍覆性和可加工性較好，可以取代目前廣泛應(yīng)用的鎢銅、AlSiC、AlN等材料。金剛石與銅、鋁等金屬?gòu)?fù)合材料是國(guó)內(nèi)外先進(jìn)熱沉材料的新寵，通過(guò)調(diào)節(jié)金剛石體積分?jǐn)?shù)實(shí)現(xiàn)高熱導(dǎo)和可調(diào)熱膨脹，可滿足系統(tǒng)散熱和組裝工藝的要求，被譽(yù)為第四代電子封裝熱沉材料。金剛石在室溫下具有最高的熱導(dǎo)率，是銅、銀的5倍，又是良好的絕緣體，因而是大功率激光器件、微波器件、高集成電子器件的理想散熱材料。在熱導(dǎo)率要求1000~2000W/m.k之間，金剛石是首選以及唯一可選熱沉材料。
目前，CVD 金剛石熱沉片可通過(guò)以下三種方式廣泛整合到散熱解決方案中：
1.? ? ? 獨(dú)立單個(gè)金剛石單元通過(guò)金屬化和焊接進(jìn)行接合，（例如采用Ti/Pt/Au濺射沉積金屬和AuSn 共晶焊接）；2.? ? ? 預(yù)制晶片支撐多個(gè)器件，使器件生產(chǎn)商能夠大批量處理晶片（比如金屬化和貼裝）。此類附加步驟完成后，這些晶片可作為單個(gè)子組件的基板。3.? ? ? 直接采用金剛石鍍膜。
相關(guān)企業(yè)情況:
河北普萊斯曼:
CVD金剛石熱沉片，厚度為0.1~2mm，直徑可達(dá)100mm，熱導(dǎo)率達(dá)到1200~2000W/m·K。
北京沃爾德:
CVD多晶金剛石熱沉材料，直徑為70mm，厚度0.4mm，由其全資子公司廊坊西波爾鉆石技術(shù)有限公司生產(chǎn)。
化合積電:
核心產(chǎn)品有晶圓級(jí)金剛石、金剛石熱沉片、金剛石基氮化鎵外延片、藍(lán)寶石基氮化鋁薄膜等。金剛石熱沉片產(chǎn)品熱導(dǎo)率高達(dá)1000-2000W/m·K。
上海微瞬半導(dǎo)體:
開發(fā)生產(chǎn)的鋁金剛石熱沉產(chǎn)品導(dǎo)熱系數(shù)大于500W/m·K ，與芯片材料相匹配的熱膨脹性能，低密度，滿足輕量化需求，可替代鎢銅熱沉、鋁碳化硅等材料，適用于航天航空領(lǐng)域 。
深圳瑞世興:
高導(dǎo)熱金剛石銅復(fù)合材料，熱導(dǎo)率大于600W/m·K，熱膨脹系數(shù)為6~8×10-6/K。
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