金刚石热沉片带来的“导热散热”新未来

5G时代电子产品的高度集成化、、、、小型化、、、可穿戴、、
、
、智能化等趋势愈发明显，，，其中5G芯片的计算能力要比现有的4G芯片高至少5倍，，，，功耗大约高出2.5倍，，，，热流密度急剧升高，，热管理已成为提升产品稳定性和节能的关键技术，，
，
，散热问题亟待解决；此外，，
，信号传输
、、、无线充电、、产品轻薄化也将持续拉动对于散热材料的需求
。。据统计，，，随着5G技术的应用落地，，散热市场2022年将达到2100亿元，
，，，年复合增长率8%
，，其中手机散热市场将超过250亿元，，，年复合增长率超过26%。。。
。传统石墨等散热材料已接近应用极限，，更高热导率的材料成为散热材料领域新的探索方向。。。。

金刚石具有优异的高导热率、、、、低膨胀系数等性能
，，在散热领域拥有巨大潜力
，，金刚石已成为第四代高导热封装材料的研究热点。。5G市场放量在即，，，金刚石散热应用或将迎来产业风口。。。此外
，，
，，中美贸易战以及美国对华为禁令也让举国上下认识到发展新一代国产电子封装技术的重要性。
。
。

面对传统封装材料的各种限制，
，
，，发展出来各种新型散热材料，，，
，它们具有低热膨胀率以及很轻的质量
，，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，，人们常说金刚石的导热率是铜的五倍
。。。。其实有各种类型的金刚石
，，如Ia
、
、
、
、Ib
、、、IIa、、
、IIb型等，，，对于I、
、、、II型的金刚石是通过金刚石的紫外和红外吸收光谱的不同来区分的，，，，而a、、、、b类是通过电子顺磁共振吸收的不同来区分的，，不同类型的金刚石其导热率也不同，，，就是同一类金刚石的导热率也不一定相同。。金刚石的导热率与其内部结构的完整性和所含杂质的种类和含量有关
，
，，，在不同温度下同一类金刚石的导热率也不一样，，，如下表
：

金刚石是立方晶体结构
，，，
，每个碳原子都是以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，，，，构成正四面体，，，因为所有的价电子都被限制在共价键区域，，，，没有自由电子，，，所以金刚石不导电。。。高热传导性与高导电性相关联
，
，，，不同于金属依靠外围电子进行传热，，，，金刚石的热导性能基本上来自碳原子振动（即声子）的传播
。。。。

声子平均自由程由声子间的相互碰撞和固体中缺陷对声子的散射决定。。。金刚石中的杂质元素、、、位错和裂纹等晶体缺陷，
，残留金属催化剂及晶格位向等因素都会与声子发生碰撞使其发生散射，
，
，从而限制了声子的平均自由程，，，降低热导率
。。

当物质的成分越单纯
、、结构越简单
、、、杂质较少时
，
，声子运动就越快
，，
，传热速率也就越快。。。这是由于第二组分和杂质的引入会引起晶格扭曲、、、畸变和位错，，
，，破坏晶体的完整性，，增大声子或电子的散射几率
。。。金刚石的组成只有单一元素碳，，
，结构也十分简单
，，Ia、、
、Ib、、、、IIa及 IIb 4 种钻石中，，IIa 最纯净
、
、、杂质最少，
，，因此拥有最高的传热速率。。

以前购买钻石时，，
，有人会用舌尖舔一下，，如果感觉舌尖凉凉的，，，
，就是真钻；如果暖暖的，，就只是玻璃。。。这个过程其实就是用舌尖当作探针，，，在宝石上做一次热导率的比较实验。。因为玻璃的热导率很小，，，而真钻的传热速率高达玻璃的千倍以上，，因此感觉灵敏的舌尖的确很容易分辨两者的差异。。。。

除此之外
，，，，金刚石还具有高电阻率和高击穿场强
、、、低介电常数、、低热膨胀等特点，，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。。。。

尊龙时凯是一家专注于第三代 (宽禁带) 半导体衬底材料研发、
、生产和销售的高科技企业，，具备高质量大尺寸金刚石制备的独创工艺，，，从根本上解决制约微波射频、、、 电力电子、
、、、光电子等技术应用和发展的散热难题，
，
，而自主研发的氮 化镓 (GaN) 和金刚石异质集成技术，，是未来支撑高功率射频和微波通信、、、宇航和军事系统以及 5G 和 6G 移动通信网络和更复杂的雷达系统的核心技术，，，
，将很好助力高功率变换器 (光伏、
、、、风力 发电、
、、新能源汽车和储能系统等应用) 以及 MMIC 高功率放大器 (人造卫星、、5G 基站等应用) 迭代升级
。。公司核心产品金刚石热沉片、
、晶圆级金刚石、、金刚石基异质集成等已应用于射频通讯、、、、激光器、
、军工、、、、功率器件等领域。。。
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