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鄭州華晶金剛石股份有限公司

金剛石在導熱散熱領域的重要地位——為退燒而生

關鍵詞 金剛石 , 半導體|2019-09-26 10:51:47|來源 DT新材料
摘要 叮咚~,頭條新聞又來啦,“華為”、“5G時代”在這幾個月大家一定不陌生,幾乎覆蓋了每天的頭條,成為人們茶余飯后的談資,深入民心。5G是比4G多一個G嗎從1G演變的5G,可不是爬樓梯...

叮咚~,頭條新聞又來啦,“華為”、“5G時代”在這幾個月大家一定不陌生,幾乎覆蓋了每天的頭條,成為人們茶余飯后的談資,深入民心。

5G是比4G多一個G嗎

從1G演變的5G,可不是爬樓梯一樣連續提升,而是質的飛躍。“G = generation”,換句話說,1G時代,我們僅僅能傳輸電子信號,只能打電話;2G可以QQ、短信與好友相互問候;3G刷微博,朋友圈;4G拉近了人與人的距離,讓地球成為地球村,讓你與遠在千里的他面與面交流。從1G到4G,信號越來越好,安全系數提高,網速成為我們追求指標。那么5G究竟有什么不同?5G下載速率理論值將達到每秒10GB,將是當前4G上網速率的10倍,只需1秒,電影下載結束。

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 圖1:手機的變遷

5G時代呼嘯而來,散熱需求日益凸顯

5G時代呼嘯而來,必然涉及到關鍵器件的更新換代,小到從核心芯片向射頻器件,大到基站端向應用端,全部需要更新換代。隨著人們對電子產品輕薄化和性能高效化需求越來越高,半導體元器件功率密度不斷提高,熱通量也會越來越大,有些甚至高達數十千瓦/平方厘米,是太陽表面的5倍,如何給材料散熱降溫成為首要難題。

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圖2:手機產熱分析

那么在導熱散熱領域,材料如何選擇?

導熱散熱界網紅方案

目前,比較熱門的散熱方案主要有石墨片、石墨烯、導熱界面材料(TIM)、熱管(HP)和均熱板(VC)以及半固態壓鑄件。而天然石墨散熱膜產品較厚,且熱導率不高,難以滿足未來高功率、高集成密度器件的散熱需求,同時也不符合人們對超輕薄、長續航等高性能要求。因此,尋找超熱導新材料具有及其重要的意義。這就要求這類材料具有極低的熱膨脹率,超高熱導率,以及輕薄。金剛石、石墨烯等碳材料剛好滿足要求,他們具有很高的導熱系數,其復合材料是一類極具應用潛力的導熱散熱材料,目前已經成為人們關注焦點。

金剛石導熱散熱的優異性

金剛石作為上述材料的代表,是自然界中熱導率最高的物質,常溫下熱導率(Type Ⅱ Diamond)可達2000 W/(mK),熱膨脹系數約(0.86±0.1)*10-5/K,且室溫下絕緣。另外,金剛石還具有優異的力學、聲學、光學、電學和化學性質,使其在高功率光電器件散熱問題上具有明顯優勢,這也表明了金剛石在散熱領域具有巨大的應用潛力。

表:金剛石的導熱率(Wm-1k-1)

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金剛石導熱原理

金剛石是立方晶體,由碳原子通過共價鍵結合形成。金剛石的許多極致屬性都是形成剛性結構的sp3共價鍵強度和少量碳原子作用下的直接結果。金屬通過自由電子傳導熱量,其高熱傳導性與高導電性相關聯,相比之下,金剛石中的熱量傳導僅由晶格振動(即聲子)完成。金剛石原子之間極強的共價鍵使剛性晶格具有高振動頻率,因此其德拜特征溫度高達2,220 K。由于大部分應用遠低于德拜溫度,聲子散射較小,因此以聲子為媒介的熱傳導阻力極小。但任何晶格缺陷都會產生聲子散射,從而降低熱傳導性,這是所有晶體材料的固有特征。金剛石中的缺陷通常包括較重的13C同位素、氮雜質和空位等點缺陷,堆垛層錯和位錯等擴展缺陷以及晶界等2D缺陷。

未來散熱方向在哪里?

對于半導體而言,發熱仍然是一個正常且無法回避的問題,那么熱管理技術有哪些最新趨勢?如何協調各種材料、工藝的設計應用?

2019年11月27日,Carbontech 2019 Workshop系列活動將邀請代表性企業及專家團隊,與您相約上海,共同探討先進碳材料在導熱散熱領域的機遇和發展之路。

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金剛石論壇部分參考話題

金剛石和碳基薄膜材料在高端制造加工應用分論壇

金剛石行業宏觀現狀

1.高溫高壓合成超硬材料現狀解讀

2.中國超硬材料行業發展現狀及趨勢解讀

3.人造金剛石珠寶市場發展解讀 

…… 

金剛石(薄膜)功能材料合成新工藝、新思路

1.高溫高壓合成超硬材料現狀解讀

2.大腔體靜高壓技術的發展與相關問題研究

3.大單晶金剛石合成設備及新工藝分享

4.CVD法合成金剛石及摻雜工藝介紹

5.大面積、高質量金剛石薄膜合成工藝

6.納米(聚晶)金剛石制備工藝介紹

7.高質量金剛石微粉生產及現狀介紹

8.金剛石復合片的異型加工工藝介紹

9.CBN工具的開發及應用

……

金剛石制品及下游應用

1.天然、單晶、多晶、聚晶金剛石刀具的開發及應用

2.金剛石線鋸的開發及在光伏、寶石加工、磁性材料,精密陶瓷領域的應用

3金剛石磨粒、磨具及研磨液在精密磨削、研磨、拋光中的應用

4金剛石刀具在軸承、汽車零部件、復合材料加工領域的應用

5金剛石涂層在拉絲模、刀具、紅外窗口中的應用

6金剛石工具(刀具、磨具等)在3C產品中的應用

……

納米金剛石功能材料和器件分論壇

半導體等功能器件

1.金剛石器件整體研究狀況解讀

2.金剛石半導體的新進展

3.金剛石和SiC襯底散熱技術在GaN的中的應用

4.金剛石量子傳感技術

5.金剛石襯底研究

6.納米金剛石的摻雜及其光電性能研究

7.透過納米晶金剛石薄膜提升碳納米管之電子場發射特性

8.金剛石在電子封裝和相變儲熱領域的研究進展

9.金剛石紫外探測器

10.金剛石射頻生長技術

11.金剛石氮空穴色心研究

12.金剛石磁性傳感器及功率器件

13.納米金剛石的改性及其在催化反應中的應用研究

14.金剛石高導熱散熱涂層的開發及應用

……

環保和生物醫用

1.高溫高壓合成超硬材料現狀解讀

2.納米金剛石在腫瘤藥物中的應用

3.納米金剛石在基因傳輸和治療中的應用

4.納米金剛石生物探針的開發及應用

5.人造(類)金剛石手術刀具等醫療器械中的開發及應用

6.類金剛石在生物醫學(心血管支架、心臟瓣膜等)上的應用

……

Workshop系列活動

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報名聯系

超硬材料網:

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劉小雨:13837111415

DT新材料

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王僑婷:13649160039

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李蕊:18657495805

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