不知什么時(shí)候，越來(lái)越多電子產(chǎn)品開(kāi)始以“發(fā)燒”標(biāo)榜自己。一開(kāi)始，“發(fā)燒”是想凸顯產(chǎn)品的高性能，可到了后來(lái)，卻變成了消費(fèi)者調(diào)侃產(chǎn)品溫度過(guò)高的貶義詞。

       電子產(chǎn)品的性能越高，熱管理就越困難，因?yàn)殡S著半導(dǎo)體元器件功率密度不斷提高，熱通量會(huì)越來(lái)越大，有些甚至高達(dá)數(shù)十千瓦/平方厘米，是太陽(yáng)表面的 5 倍。

       這樣大的發(fā)熱量如果不能及時(shí)從元器件中導(dǎo)出發(fā)散，會(huì)嚴(yán)重威脅到電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性，有研究 [1]表明電子器件中過(guò)半數(shù)故障均為熱量相關(guān)問(wèn)題所致。比如我們最常見(jiàn)的智能手機(jī)，雖然已大量采用石墨導(dǎo)熱片和航空合金材料，但還是三天兩頭就看到某某機(jī)皇，因“世界最強(qiáng)手機(jī)處理器”導(dǎo)致過(guò)熱燒壞主板一類(lèi)的新聞……這一切都告訴我們：

       隨著終端產(chǎn)品對(duì)輕薄化和高效化的要求提升，半導(dǎo)體方案的發(fā)展方向已不僅僅是提升性能而已，發(fā)熱量和散熱表現(xiàn)也成為半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要的因素。發(fā)熱量主要和芯片制造工藝和溫度控制算法有關(guān)，而散熱表現(xiàn)則可以在材料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上下功夫。

       這里要給大家介紹采用化學(xué)氣相沉積 (CVD) 金剛石，作為全新高級(jí)熱管理解決方案，它尤其適用于射頻功率放大器。CVD 金剛石散熱器經(jīng)證實(shí)能夠降低整體封裝熱阻，其性能遠(yuǎn)超目前其它常用材料。

       CVD 金剛石比傳統(tǒng)散熱材料好在哪？

       作為鉆石的直系親屬，具有“碳單質(zhì)”特性的金剛石本事可不小，包括已知最高的熱導(dǎo)率、剛度和硬度，同時(shí)在較大波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有高光學(xué)傳輸特性、低膨脹系數(shù)和低密度屬性。這些特性使金剛石成為能夠顯著降低熱阻的熱管理應(yīng)用材料。

       要合成熱管理應(yīng)用所需金剛石，第一步是選擇最恰當(dāng)?shù)某练e技術(shù)。微波輔助 CVD 能夠更好地控制晶粒大小和晶粒界面，從而生成符合特定應(yīng)用熱導(dǎo)率級(jí)別所需的高品質(zhì)高再現(xiàn)性多晶金剛石。目前，CVD 金剛石已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，有 1000-2000 W/m.K 不同等級(jí)熱導(dǎo)率可供選擇。CVD 金剛石還具有完全各向同性特征，強(qiáng)化各方向上的熱量擴(kuò)散。圖 1 所示為 CVD 金剛石與其它傳統(tǒng)散熱材料的熱導(dǎo)率對(duì)比。
       借助近期技術(shù)發(fā)展，CVD 金剛石已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，且成本迅速降低。未經(jīng)金屬化處理的 CVD 金剛石散熱器批量生產(chǎn)成本為 1 美元/立方毫米，價(jià)格主要取決于熱導(dǎo)率等級(jí)。對(duì)于 0.25-0.40mm 之間的常見(jiàn)厚度和橫向尺寸等于晶片大小的應(yīng)用，射頻器件金剛石散熱器尺寸通常小于5立方毫米。因此，只需在芯片層面額外附加幾美元的增量成本，則可大幅降低系統(tǒng)成本。例如，若能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在更高溫度下運(yùn)行，則冷卻子系統(tǒng)的初始成本和之后的持續(xù)運(yùn)行成本均可降低。采用適當(dāng)?shù)男酒迟N方法，金剛石散熱器可為半導(dǎo)體封裝提供可靠的熱管理解決方案。