金刚石可是自然界里的热导小霸王!它的热导率简直牛翻啦,是其他材料望尘莫及的。单晶金刚石的热导率在2200到2600 W/(m.K)之间,这数据让人目瞪口呆。金刚石的膨胀系数也相当可观,大约是1.1×10-6/℃。它不仅在半导体、光学方面表现抢眼,还有很多其他优秀的特性。虽然金刚石本身并不适合用来制作封装材料,而且成本也较高,但它的热导率可是比其他陶瓷基板材料高出几十甚至上百倍!这也让很多大公司都争先恐后地投入研究。
根据相关资料,这款AMB金刚石覆铜板产品通过金刚石与具有良好机械性能的铜的复合,实现了高导热,综合热导率范围为500-1800W/(m·K),热膨胀系数可调(3~6×10-6/K)。该产品还具有高强度、绝缘性好、体积电阻率(20℃)≥5×1013Ω·cm的特点。此外,其可镀性好,表面易于镀镍、金,且热膨胀系数与导热率具有可设计性。
第三代半导体(如GaN和SiC)的发展推动了功率器件不断向大功率、小型化、集成化和多功能方向前进。随着集成度的提高和体积的缩小,单位体积内的功耗不断增加,导致热量增加和温度急剧上升。因此,散热已成为阻碍大功率电子器件发展的瓶颈问题。
在大功率元件和系统的散热基板方面,需要与之配套的热管理材料具备导热性能、与半导体芯片材料(Si或GaAs)相匹配的热膨胀系数、足够的刚度和强度,以及更低的成本。
早在六十年代,就已经开始尝试使用金刚石作为散热材料。金刚石是一种具有极高导热性能和硬度的材料,常被用于高功率密度、高频率电子器件的散热。金刚石用作热沉材料主要有两种形式,即金刚石薄膜和将金刚石与铜、铝等金属复合。
金刚石与铜都具有高的热导率(铜的热导率为397W/(m·K)),且晶格常数相近,但二者也存在一些问题,例如热膨胀系数相差很大,结合力不好(铜与碳相互不浸润,铜不熔于金刚石)等。在制作过程中,通过借助中间层(如Ti-Pt-Au、Ti、Mo及Ta等)解决了结合力问题。
制作金刚石封装基板的工艺流程如下:先将金刚石表面清洗干净后烘干,再在其表面先用磁控溅射镀膜一层金属钛,再镀膜一层金属铜,以保证金刚石基板与金属的结合力。然后,经过线路曝光、显影、电镀、蚀刻等步骤,形成电路图形。在此过程中,还需要克服加工过程中金刚石高硬度的负面影响,以确保保障金刚石封装基板的性能。
【文章来源】:展至科技
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