金刚石多晶：散热新势力的崛起之路与应用探索

随着科技的飞速发展，电子设备性能不断提升，功耗也随之增大。如何在有限的空间内实现高效散热，已成为制约电子设备性能的关键因素。在这个背景下，一种新型散热材料——金刚石多晶，逐渐崛起，成为散热领域的新星。今天，让我们一起来揭秘金刚石多晶的崛起与应用。

   金刚石多晶概述

定义：金刚石多晶，顾名思义，是由许多微小金刚石晶体组成的材料。它保留了金刚石的高热导率、高强度和良好的化学稳定性等优点，同时克服了单晶金刚石成本高昂、加工难度大的问题。

制备方法：目前，金刚石多晶的制备方法主要有以下几种：化学气相沉积（CVD）、高温高压（HPHT）合成、等离子体化学气相沉积等。这些方法各有优缺点，但共同目标都是制备出具有高热导率、低成本、易加工的金刚石多晶材料。

   金刚石多晶的散热优势

1、高热导率

金刚石多晶的热导率远高于传统散热材料，如铜、铝等。这使得金刚石多晶在散热领域具有显著优势。以下是一组数据对比：

材料热导率（W/m·K）：金刚石多晶 （1000-2000 ）；铜 （385 ）；铝 （237）

2、良好的机械性能

金刚石多晶具有较高的硬度和耐磨性，适用于恶劣环境下的散热需求。

3、化学稳定性

金刚石多晶具有很好的化学稳定性，不易与其他物质发生反应，适用于多种环境。

4、易于加工

金刚石多晶可通过切割、打磨等工艺加工成不同形状和尺寸，满足不同散热需求。

   金刚石多晶的实际应用案例

1、先进封装技术中的金刚石散热应用：

厦门大学电子科学与技术学院与华为等团队合作，成功将多晶金刚石衬底集成到2.5D玻璃转接板封装芯片的背面。这种技术利用了金刚石的超高热导率，在芯片热点功率密度约为2 W/mm²时，能够使芯片最高结温降低24.1°C，封装热阻降低28.5%。这一突破性进展表明，基于金刚石衬底的先进封装集成芯片散热具有重大的应用前景。

2、金刚石热沉片在半导体激光器中的应用：

金刚石热沉片被应用于半导体激光器中，可以显著提升散热效率。例如，海光智能科技利用先进的MPCVD技术制备的高质量CVD金刚石热沉片，在半导体激光器中实现了约25°C的降温效果，并增加了15%的功率。此外，金刚石热沉片在IGBT模块中的应用也显著降低了热阻，延长了模块的寿命30%。

3、金刚石材料在5G通信领域的散热应用：

在5G通信领域，金刚石热沉片为高频高功率射频器件提供了卓越的散热效果，增强了系统的可靠性。此外，金刚石材料也被应用于新能源汽车领域，通过减少热失控现象，延长了电池续航并提升了安全性。

4、金刚石材料在大功率器件中的应用：

金刚石材料被称为第四代散热材料，对于大功率电子器件、半导体芯片等关键器件的散热具有重要作用。例如，化合积电采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)制备的大尺寸、高品质金刚石薄膜，被应用于半导体激光器作为热沉材料，通过磁控溅射系统在CVD金刚石热沉片表面沉积金属化层，显著提升了散热效率。

这些案例展示了金刚石多晶材料在散热领域中的广泛应用及其显著效果。随着技术的进一步发展，金刚石多晶材料在散热领域的应用将更加广泛。

   发展与挑战

1、面临的发展

技术突破：随着研究的深入，金刚石多晶的制备技术将更加成熟，成本将进一步降低，有望实现更大规模的应用。

性能优化：通过材料科学和工程技术的结合，金刚石多晶的性能将得到进一步优化，热导率有望接近甚至超越单晶金刚石。

跨界融合：金刚石多晶的应用将不仅限于传统的散热领域，还可能与其他材料或技术融合，开拓新的应用场景。

2、面临的挑战

成本问题：尽管金刚石多晶的制备成本已有所下降，但与传统散热材料相比，其成本仍然较高。未来需要通过技术创新和工艺优化，进一步降低制备成本，推动金刚石多晶的广泛应用。

应用拓展：金刚石多晶在半导体领域的应用主要集中在散热方面，未来需要拓展其应用范围，探索其在其他领域如生物医学、航空航天等的应用潜力。

市场接受度：作为一种新型材料，金刚石多晶需要时间让市场和消费者接受，这需要行业内的共同努力和推广。

   未来趋势

根据多份研究报告，金刚石多晶行业在未来几年内将继续保持增长态势：

市场规模增长：预计到2030年，全球金刚石多晶加工机市场规模将达到43.11亿美元，年复合增长率为2.8%。

新兴市场发展：随着金刚石多晶行业市场向新兴国家倾斜，亚洲地区的市场份额将会提升，欧美市场份额则保持相对稳定或微跌。

技术进步：金刚石多晶技术的不断进步将进一步推动其在航空航天和新能源汽车等领域的应用，提升其市场竞争力和应用广度。

随着科技的不断进步和研究的深入，金刚石多晶无疑将成为未来材料科学的重要分支，为我们的生活和工作带来更多的创新和改变。同时，我们也需要关注和解决它在发展过程中面临的挑战，以实现其在各个领域的广泛应用。

   第八届国际碳材料大会暨产业展览会

第八届国际碳材料大会暨产业展览会（Carbontech 2024），将于12月5-7日在上海新国际展览中心召开。

针对超硬材料以及超精密加工（材料、工艺、设备）设置超硬材料及超精密加工论坛，探讨新一代芯片制造及航空航天的关键工艺以及应用器件对加工工艺、材料、设备的需求，同时将针对抛磨切等超精密加工难题进行详细讨论。论坛涉及三大主题：超精密加工技术及工具在半导体领域的应用；超精密加工技术与工具在航空航天中的应用解决方案；先进激光加工工艺、装备与应用。展会针对金刚石及其功能化应用主题、半导体超精密加工设置10000㎡专题展区，将展示最新金刚石晶圆、量子钻石、热沉金刚石等功能化产品及相关器件，欢迎莅临现场交流、合作。

扫码，立即预报名，了解详情

     /让专业的人相聚，共同陪伴中国金刚石产业发展/  

Carbontech 2024 W1馆部分参展企业：

说明：本文部分素材来自网络公开信息，由作者重新编写，转载请备注来源，本平台发布仅为了传达一种不同视角，不代表对该观点赞同或支持。