1月23日消息，鉆石巨頭戴爾比斯旗下的高科技材料企業(yè)Element Six于1月22日宣布推出了一種應(yīng)用于半導(dǎo)體器件散熱的銅-金剛石復(fù)合材料，為半導(dǎo)體器件的散熱問(wèn)題提供了全新的解決方案。

左圖為復(fù)合材料樣品，右圖為散熱器中金剛石微粒的分布

       據(jù)了解，Element Six此次發(fā)布的銅-金剛石復(fù)合材料結(jié)合了兩種在散熱領(lǐng)域表現(xiàn)卓越的材料：一種是廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件散熱的銅，另一種是導(dǎo)熱性能極為出色的金剛石。通過(guò)獨(dú)特的工藝，這兩種材料被完美地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)在兩種原材料之間的平衡，從而達(dá)到了前所未有的散熱效果。

       技術(shù)背景與原理

       半導(dǎo)體器件在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果不能及時(shí)散熱，將會(huì)導(dǎo)致器件性能下降、壽命縮短甚至損壞。傳統(tǒng)的散熱材料如銅、鋁等雖然具有一定的導(dǎo)熱性能，但在面對(duì)高性能半導(dǎo)體器件的高熱負(fù)荷時(shí)，往往力不從心。因此，開(kāi)發(fā)一種具有更高導(dǎo)熱性能的新型散熱材料顯得尤為重要。

       銅-金剛石復(fù)合材料正是基于這一需求而誕生的。它結(jié)合了在半導(dǎo)體器件散熱領(lǐng)域中廣泛得到應(yīng)用的銅和具有出色熱導(dǎo)能力的金剛石，通過(guò)獨(dú)特的工藝，這兩種材料被完美地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)在兩種原材料之間的平衡，從而達(dá)到了前所未有的散熱效果。這種材料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于純銅，能夠有效降低半導(dǎo)體器件的工作溫度，提高其性能和可靠性。

       技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

       1、高導(dǎo)熱性能：

       銅-金剛石復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)超純銅，甚至可以達(dá)到1000 W/m?K以上。這一特性使得它能夠在極短的時(shí)間內(nèi)將半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)出去，從而保持器件的穩(wěn)定運(yùn)行。

       2、低熱膨脹系數(shù)：金剛石具有較低的熱膨脹系數(shù)，這使得銅-金剛石復(fù)合材料在溫度變化時(shí)尺寸變化較小，有利于提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

       3、優(yōu)異的機(jī)械性能：金剛石的高硬度和強(qiáng)度賦予了銅-金剛石復(fù)合材料優(yōu)異的耐磨、抗沖擊等機(jī)械性能，使其能夠在惡劣的工作環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能。

       4、良好的加工性能：通過(guò)獨(dú)特的工藝制備的銅-金剛石復(fù)合材料具有良好的加工性能，可以方便地加工成各種形狀和尺寸的散熱器件。

       應(yīng)用領(lǐng)域與前景

       銅-金剛石復(fù)合材料憑借其卓越的性能，在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景：

       1、高性能計(jì)算（HPC）/AI芯片：隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，高性能計(jì)算芯片的需求日益增加。銅-金剛石復(fù)合材料的高導(dǎo)熱性能使其成為這些芯片理想的散熱材料。

       2、射頻功率放大器：射頻功率放大器在無(wú)線通信、雷達(dá)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。由于其工作頻率高、功率大，因此散熱問(wèn)題尤為突出。銅-金剛石復(fù)合材料能夠有效解決這一問(wèn)題，提高射頻功率放大器的性能和可靠性。

       3、電源轉(zhuǎn)換器：電源轉(zhuǎn)換器在電力電子系統(tǒng)中扮演著重要的角色。其散熱性能的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。銅-金剛石復(fù)合材料的應(yīng)用將有助于提高電源轉(zhuǎn)換器的散熱性能，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

       4、高功率半導(dǎo)體激光器：高功率半導(dǎo)體激光器在醫(yī)療、科研、工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。其散熱問(wèn)題一直是制約其性能提升的關(guān)鍵因素之一。銅-金剛石復(fù)合材料的應(yīng)用將有望解決這一問(wèn)題，推動(dòng)高功率半導(dǎo)體激光器的發(fā)展。

       制備方法與挑戰(zhàn)

       銅-金剛石復(fù)合材料的制備方法多種多樣，包括雙鍍層法、粉末冶金法、溶滲法、超聲波增材制造法、電鍍法、高溫高壓法、等離子體燒結(jié)法等。然而，這些制備方法都存在一定的挑戰(zhàn)，如金剛石顆粒分布不均勻、界面結(jié)合強(qiáng)度低等問(wèn)題。因此，如何優(yōu)化制備工藝，提高復(fù)合材料的性能，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)之一。

       未來(lái)展望

       隨著科技的不斷發(fā)展，高性能半導(dǎo)體器件的需求將不斷增加，對(duì)散熱材料的要求也將越來(lái)越高。銅-金剛石復(fù)合材料作為一種新型的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，在半導(dǎo)體散熱領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?，將成為未?lái)半導(dǎo)體散熱領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。同時(shí)，隨著制備工藝的不斷優(yōu)化和成本的降低，銅-金剛石復(fù)合材料有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，為人類(lèi)的科技進(jìn)步和生活品質(zhì)提升貢獻(xiàn)更多的力量。