超級散熱新材料CVD金剛石

    越來越多電子產品開始以“發燒”標榜自己。一開始，“發燒”是想凸顯產品的高性能，可到了后來，卻變成了消費者調侃產品溫度過高的貶義詞。

    電子產品的性能越高，熱管理就越困難，因為隨著半導體元器件功率密度不斷提高，熱通量會越來越大，有些甚至高達數十千瓦/平方厘米，是太陽表面的 5 倍。

    這樣大的發熱量如果不能及時從元器件中導出發散，會嚴重威脅到電子產品的穩定性，有研究 [1]表明電子器件中過半數故障均為熱量相關問題所致。比如我們*常見的智能手機，雖然已大量采用石墨導熱片和航空合金材料，但還是三天兩頭就看到某某機皇，因“世界*強手機處理器”導致過熱燒壞主板一類的新聞……這一切都告訴我們：

    隨著終端產品對輕薄化和高效化的要求提升，半導體方案的發展方向已不僅僅是提升性能而已，發熱量和散熱表現也成為半導體設計中相當重要的因素。發熱量主要和芯片制造工藝和溫度控制算法有關，而散熱表現則可以在材料和產品結構上下功夫。

    這里要給大家介紹采用化學氣相沉積 (CVD) 金剛石，作為全新高級熱管理解決方案，它尤其適用于射頻功率放大器。CVD 金剛石散熱器經證實能夠降低整體封裝熱阻，其性能遠超目前其它常用材料。

    CVD 金剛石比傳統散熱材料好在哪？

    作為鉆石的直系親屬，具有“碳單質”特性的金剛石本事可不小，包括已知*高的熱導率、剛度和硬度，同時在較大波長范圍內具有高光學傳輸特性、低膨脹系數和低密度屬性。這些特性使金剛石成為能夠顯著降低熱阻的熱管理應用材料。

    要合成熱管理應用所需金剛石，*步是選擇*恰當的沉積技術。微波輔助 CVD 能夠更好地控制晶粒大小和晶粒界面，從而生成符合特定應用熱導率級別所需的高品質高再現性多晶金剛石。目前，CVD 金剛石已實現商業化，有 1000-2000 W/m.K 不同等級熱導率可供選擇。CVD 金剛石還具有完全各向同性特征，強化各方向上的熱量擴散。圖 1 所示為 CVD 金剛石與其它傳統散熱材料的熱導率對比。

     借助近期技術發展，CVD 金剛石已實現量產，且成本迅速降低。未經金屬化處理的 CVD 金剛石散熱器批量生產成本為 1 美元/立方毫米，價格主要取決于熱導率等級。對于 0.25-0.40mm 之間的常見厚度和橫向尺寸等于晶片大小的應用，射頻器件金剛石散熱器尺寸通常小于5立方毫米。因此，只需在芯片層面額外附加幾美元的增量成本，則可大幅降低系統成本。例如，若能實現系統在更高溫度下運行，則冷卻子系統的初始成本和之后的持續運行成本均可降低。采用適當的芯片粘貼方法，金剛石散熱器可為半導體封裝提供可靠的熱管理解決方案。