面包芯语

雷达电子设备组件金刚石/铜复合材料散热基板热性能研究

DT半导体材料 2023-12-29 17:35
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研究背景
随着电子技术的不断发展，现代电子设备愈发往体积小、重量轻的方向发展，性能和功能越来越强大，集成度越来越高，内部热量的排散问题就更为突出。

传统的散热材料如W-Cu和Mo-Cu合金，第二代的SiC/Al以及Si/Al等复合材料，其导热性能已经无法满足高热流密度电子设备日益增长的散热、封装需求。此外，高热导率只是优质电子散热、封装材料的一个最基本的性能要求，还需要更进一步考虑实际工况下的温度载荷导致的各个封装部件之间的热应力影响，这就要求封装材料的热膨胀系数与芯片或其余部件相差不能太大，否则工作一段时间后热应力集中有可能破坏结构，导致器件失效，大大降低可靠性。

研究内容
南京航空航天大学李金旺团队结合高热流密度电子设备的散热和封装需求，研发出了高导热金刚石/铜复合材料，并对该高导热材料应用在雷达电子设备组件基板时的热性能进行了研究。

研究结果
对金刚石/铜高导热复合材料用作雷达电子设备组件散热基板时的传导热阻进行了分析计算，发现散热基板存在一个最佳厚度，其最佳厚度约为基板半径的0.34倍，且随着外界对流换热系数与散热面积的增加，导热热阻占总热阻的比例将高达60%以上，此时提高基板的热导率对散热效果的改善比较明显。

分析了在雷达电子设备组件基板中采用金刚石/铜高导热复合材料替代传统铝合金材料的工程应用效果，结果显示随着热流密度从100W/cm2提升到1000W/cm2，使用两种材料散热基板的芯片的温差从4.84℃增加到57.38℃，功率密度每提升100W/cm2，二者的温差就会增加5℃左右。

相关的成果以“Study on radar electronic module cooling by using diamond/copper composites”为题，发表在Functional Diamond杂志上。

原文链接：https://doi.org/10.1080/26941112.2023.2273320


来源：Functional Diamond
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