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金刚石在导热散热领域的重要地位——为退烧而生

关键词 金刚石 , 半导体|2019-09-26 10:51:47|来源 DT新材料
摘要 叮咚~,头条新闻又来啦,“华为”、“5G时代”在这几个月大家一定不陌生,几乎覆盖了每天的头条,成为人们茶余饭后的谈资,深入民心。5G是比4G多一个G吗从1G演变的5G,可不是爬楼梯...

叮咚~,头条新闻又来啦,“华为”、“5G时代”在这几个月大家一定不陌生,几乎覆盖了每天的头条,成为人们茶余饭后的谈资,深入民心。

5G是比4G多一个G吗

从1G演变的5G,可不是爬楼梯一样连续提升,而是质的飞跃。“G = generation”,换句话说,1G时代,我们仅仅能传输电子信号,只能打电话;2G可以QQ、短信与好友相互问候;3G刷微博,朋友圈;4G拉近了人与人的距离,让地球成为地球村,让你与远在千里的他面与面交流。从1G到4G,信号越来越好,安全系数提高,网速成为我们追求指标。那么5G究竟有什么不同?5G下载速率理论值将达到每秒10GB,将是当前4G上网速率的10倍,只需1秒,电影下载结束。

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江苏快3 图1:手机的变迁

5G时代呼啸而来,散热需求日益凸显

5G时代呼啸而来,必然涉及到关键器件的更新换代,小到从核心芯片向射频器件,大到基站端向应用端,全部需要更新换代。随着人们对电子产品轻薄化和性能高效化需求越来越高,半导体元器件功率密度不断提高,热通量也会越来越大,有些甚至高达数十千瓦/平方厘米,是太阳表面的5倍,如何给材料散热降温成为首要难题。

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图2:手机产热分析

那么在导热散热领域,材料如何选择?

导热散热界网红方案

目前,比较热门的散热方案主要有石墨片、石墨烯、导热界面材料(TIM)、热管(HP)和均热板(VC)以及半固态压铸件。而天然石墨散热膜产品较厚,且热导率不高,难以满足未来高功率、高集成密度器件的散热需求,同时也不符合人们对超轻薄、长续航等高性能要求。因此,寻找超热导新材料具有及其重要的意义。这就要求这类材料具有极低的热膨胀率,超高热导率,以及轻薄。金刚石、石墨烯等碳材料刚好满足要求,他们具有很高的导热系数,其复合材料是一类极具应用潜力的导热散热材料,目前已经成为人们关注焦点。

金刚石导热散热的优异性

金刚石作为上述材料的代表,是自然界中热导率最高的物质,常温下热导率(Type Ⅱ Diamond)可达2000 W/(mK),热膨胀系数约(0。86±0。1)*10-5/K,且室温下绝缘。另外,金刚石还具有优异的力学、声学、光学、电学和化学性质,使其在高功率光电器件散热问题上具有明显优势,这也表明了金刚石在散热领域具有巨大的应用潜力。

表:金刚石的导热率(Wm-1k-1)

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金刚石导热原理

金刚石是立方晶体,由碳原子通过共价键结合形成。金刚石的许多极致属性都是形成刚性结构的sp³共价键强度和少量碳原子作用下的直接结果。金属通过自由电子传导热量,其高热传导性与高导电性相关联,相比之下,金刚石中的热量传导仅由晶格振动(即声子)完成。金刚石原子之间极强的共价键使刚性晶格具有高振动频率,因此其德拜特征温度高达2,220 K。由于大部分应用远低于德拜温度,声子散射较小,因此以声子为媒介的热传导阻力极小。但任何晶格缺陷都会产生声子散射,从而降低热传导性,这是所有晶体材料的固有特征。金刚石中的缺陷通常包括较重的13C同位素、氮杂质和空位等点缺陷,堆垛层错和位错等扩展缺陷以及晶界等2D缺陷。

未来散热方向在哪里?

对于半导体而言,发热仍然是一个正常且无法回避的问题,那么热管理技术有哪些最新趋势?如何协调各种材料、工艺的设计应用?

2019年11月27日,Carbontech 2019 Workshop系列活动将邀请代表性企业及专家团队,与您相约上海,共同探讨先进碳材料在导热散热领域的机遇和发展之路。

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金刚石论坛部分参考话题

金刚石和碳基薄膜材料在高端制造加工应用分论坛

金刚石行业宏观现状

1.高温高压合成超硬材料现状解读

2.中国超硬材料行业发展现状及趋势解读

3.人造金刚石珠宝市场发展解读 

…… 

金刚石(薄膜)功能材料合成新工艺、新思路

江苏快31.高温高压合成超硬材料现状解读

2.大腔体静高压技术的发展与相关问题研究

3.大单晶金刚石合成设备及新工艺分享

4。CVD法合成金刚石及掺杂工艺介绍

5.大面积、高质量金刚石薄膜合成工艺

6.纳米(聚晶)金刚石制备工艺介绍

7.高质量金刚石微粉生产及现状介绍

8.金刚石复合片的异型加工工艺介绍

9.CBN工具的开发及应用

……

金刚石制品及下游应用

1.天然、单晶、多晶、聚晶金刚石刀具的开发及应用

2.金刚石线锯的开发及在光伏、宝石加工、磁性材料,精密陶瓷领域的应用

3金刚石磨粒、磨具及研磨液在精密磨削、研磨、抛光中的应用

4金刚石刀具在轴承、汽车零部件、复合材料加工领域的应用

5金刚石涂层在拉丝模、刀具、红外窗口中的应用

6金刚石工具江苏快3(刀具、磨具等)在3C产品中的应用

……

纳米金刚石功能材料和器件分论坛

半导体等功能器件

1.金刚石器件整体研究状况解读

2.金刚石半导体的新进展

3。金刚石和SiC衬底散热技术在GaN的中的应用

4.金刚石量子传感技术

5.金刚石衬底研究

6.纳米金刚石的掺杂及其光电性能研究

7。透过纳米晶金刚石薄膜提升碳纳米管之电子场发射特性

8.金刚石在电子封装和相变储热领域的研究进展

9。金刚石紫外探测器

10.金刚石射频生长技术

11.金刚石氮空穴色心研究

江苏快312。金刚石磁性传感器及功率器件

13.纳米金刚石的改性及其在催化反应中的应用研究

14.金刚石高导热散热涂层的开发及应用

……

环保和生物医用

1.高温高压合成超硬材料现状解读

2.纳米金刚石在肿瘤药物中的应用

3.纳米金刚石在基因传输和治疗中的应用

4.纳米金刚石生物探针的开发及应用

5.人造(类)金刚石手术刀具等医疗器械中的开发及应用

6.类金刚石在生物医学(心血管支架、心脏瓣膜等)上的应用

……

江苏快3Workshop系列活动

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