把金剛石用作封裝材料

金剛石可是自然界里的熱導(dǎo)小霸王！它的熱導(dǎo)率簡(jiǎn)直牛翻啦，是其他材料望塵莫及的。單晶金剛石的熱導(dǎo)率在2200到2600 W/(m.K)之間，這數(shù)據(jù)讓人目瞪口呆。金剛石的膨脹系數(shù)也相當(dāng)可觀，大約是1.1×10-6/℃。它不僅在半導(dǎo)體、光學(xué)方面表現(xiàn)搶眼，還有很多其他優(yōu)秀的特性。雖然金剛石本身并不適合用來制作封裝材料，而且成本也較高，但它的熱導(dǎo)率可是比其他陶瓷基板材料高出幾十甚至上百倍！這也讓很多大公司都爭(zhēng)先恐后地投入研究。

根據(jù)相關(guān)資料，這款AMB金剛石覆銅板產(chǎn)品通過金剛石與具有良好機(jī)械性能的銅的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了高導(dǎo)熱，綜合熱導(dǎo)率范圍為500~1800W/(m·K)，熱膨脹系數(shù)可調(diào)（3~6×10-6/K）。該產(chǎn)品還具有高強(qiáng)度、絕緣性好、體積電阻率（20℃）≥5×1013Ω·cm的特點(diǎn)。此外，其可鍍性好，表面易于鍍鎳、金，且熱膨脹系數(shù)與導(dǎo)熱率具有可設(shè)計(jì)性。

第三代半導(dǎo)體（如GaN和SiC）的發(fā)展推動(dòng)了功率器件不斷向大功率、小型化、集成化和多功能方向前進(jìn)。隨著集成度的提高和體積的縮小，單位體積內(nèi)的功耗不斷增加，導(dǎo)致熱量增加和溫度急劇上升。因此，散熱已成為阻礙大功率電子器件發(fā)展的瓶頸問題。

在大功率元件和系統(tǒng)的散熱基板方面，需要與之配套的熱管理材料具備導(dǎo)熱性能、與半導(dǎo)體芯片材料（Si或GaAs）相匹配的熱膨脹系數(shù)、足夠的剛度和強(qiáng)度，以及更低的成本。

早在六十年代，就已經(jīng)開始嘗試使用金剛石作為散熱材料。金剛石是一種具有極高導(dǎo)熱性能和硬度的材料，常被用于高功率密度、高頻率電子器件的散熱。金剛石用作熱沉材料主要有兩種形式，即金剛石薄膜和將金剛石與銅、鋁等金屬復(fù)合。

金剛石與銅都具有高的熱導(dǎo)率（銅的熱導(dǎo)率為397W/(m·K)），且晶格常數(shù)相近，但二者也存在一些問題，例如熱膨脹系數(shù)相差很大，結(jié)合力不好（銅與碳相互不浸潤，銅不熔于金剛石）等。在制作過程中，通過借助中間層（如Ti-Pt-Au、Ti、Mo及Ta等）解決了結(jié)合力問題。

制作金剛石封裝基板的工藝流程如下：先將金剛石表面清洗干凈后烘干，再在其表面先用磁控濺射鍍膜一層金屬鈦，再鍍膜一層金屬銅，以保證金剛石基板與金屬的結(jié)合力。然后，經(jīng)過線路曝光、顯影、電鍍、蝕刻等步驟，形成電路圖形。在此過程中，還需要克服加工過程中金剛石高硬度的負(fù)面影響，以確保保障金剛石封裝基板的性能。

【文章來源】：展至科技

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