热沉片是什么原因(什么叫热沉)
常用的热沉材料有陶瓷氮化铝AIN和金属材料铜Cu等,其中氮化铝AIN由于导热率低,难以实现良好的散热效果,而铜Cu的导体特性会导致水冷热沉通道内的电化学腐蚀,从而造成堵塞。CVD金刚石则是绝佳的热沉材料,其热导率最高可达2000W/(K·m),远远大于氮化铝AIN和铜Cu。下面我们做一个详细的比较:
陶瓷材料:如氮化铝、氧化铍、氧化铝。热导率分别为170-230 W/m.k、190 W/m.k、20 W/m.k,其中氮化铝在烧结过程中产生的杂质和缺陷造成实际产品的热导率低于理论值,氧化铍生产成本较高并且有剧毒,氧化铝热导率最低。
金属材料:如铝、铜。热导率分别为230 W/m.k、400 W/m.k,但是金属铝、铜的热膨胀系数较大, 可能造成比较严重的热失配问题。
复合材料:如铝碳化硅。是将SiC陶瓷和金属Al结合在一起的金属基复合材料,热导率为200 W/m.k,需要通过改变Si C的含量使其与相邻材料的热膨胀系数相匹配,增加了调试成本。
金刚石热沉片优势
金刚石在室温下具有最高的热导率,是铜、银的5倍,又是良好的绝缘体,因而是大功率激光器件、微波器件、高集成电子器件的理想散热材料。在热导率要求1000~2000W/m.k之间,金刚石是首选以及唯一可选热沉材料。
属性 | CVD金刚石 | 氮化铝 | 铜 |
热导率传导率@300K(W/m K) | 1000~2200 | 170~285 | 400 |
热膨胀@300K(ppm/ K) | 1 | 4.2~5.3 | 16.6 |
比热容 | 520 | 740 | 385 |
电阻(Ω.m) | 传导或绝缘 | 绝缘 | 传导 |
维氏硬度@300K(kg/mm³) | >2000 | 7 | 87 |
可供尺寸(mm) | 140 | 100 | >200 |
密度(10³kg/m³) | 3.5 | 3.3 | 8.96 |
表面粗糙度Ra nm | < 1nm | < 10nm | < 10nm |
摩擦系数 | 0.1 | >0.4 | 1 |
目前,CVD 金刚石热沉片可通过以下三种方式广泛整合到散热解决方案中:
1. 独立单个金刚石单元通过金属化和焊接进行接合,(例如采用Ti/Pt/Au溅射沉积金属和AuSn 共晶焊接);
2. 预制晶片支撑多个器件,使器件生产商能够大批量处理晶片(比如金属化和贴装)。此类附加步骤完成后,这些晶片可作为单个子组件的基板。
3. 直接采用金刚石镀膜。
金刚石的带隙宽、热导率高、击穿场强高、载流子迁移率高、耐高温、抗酸碱、抗腐蚀、抗辐照,这些优越性将使其在高功率、高频、高温领域等方面发挥重要作用,可以说,金刚石是目前最有发展前途的半导体材料之一,其经典的应用场景就是金刚石热管理材料。