金刚石多晶材料:高功率器件散热解决方案

DT半导体材料 2024-11-25 19:06

12月5-7,由DT新材料主办的第八届国际碳材料大会暨产业展览会(Carbontech 2024)将在上海新国际博览中心隆重举办。同期针对半导体与加工主题特设4大论坛,宽禁带半导体及创新应用论坛、超硬材料与超精密加工论坛、金刚石前沿应用与产业发展论坛、培育钻石论坛,已邀请国内外知名专家和企业莅临交流,欢迎报名。

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随着电子器件功率密度的不断提升,尤其是在5G通信、电动汽车、高功率激光器、雷达和航空航天等领域,对高效散热解决方案的需求日益迫切。金刚石多晶材料凭借其超高的热导率、优异的机械性能和化学稳定性,成为高功率器件散热材料的理想选择。


   金刚石多晶材料的特点

多晶结构: 金刚石多晶材料由多个微小的金刚石晶粒组成,具有各向同性的热导率和机械性能。

成本较低: 与天然单晶金刚石相比,金刚石多晶材料可以通过化学气相沉积(CVD)等方法大规模制备,成本相对较低,更适合工业化应用。

   金刚石多晶在高功率器件中的应用

1、功率半导体器件

应用背景:功率半导体器件如IGBT(绝缘栅双极晶体管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)在高电流和高电压下工作,会产生大量热量。

应用方式:

散热基板:金刚石多晶作为散热基板,直接与半导体芯片背面接触,快速传导热量。

热沉:将金刚石多晶材料加工成热沉,通过热沉将热量传递到散热器或冷却系统中。

优势:

高热导率有效降低了器件的工作温度,提高了器件的可靠性和寿命。

低热膨胀系数减少了热循环过程中的机械应力,降低了器件损坏的风险。

2. 高功率LED

应用背景:高功率LED在照明和显示领域应用广泛,但其效率和寿命受到热管理的极大影响。

应用方式:

热传导板:金刚石多晶材料作为热传导板,位于LED芯片和散热器之间,有效传导热量。

封装材料:将金刚石多晶粉末或薄膜用于LED的封装材料中,提高整体热导率。

优势:

提高LED的亮度和颜色稳定性,减少光衰。

延长LED的使用寿命,降低维护成本。

3. 激光二极管

应用背景:激光二极管在数据通信、医疗和工业加工等领域有着重要应用,但其性能受温度影响较大。

应用方式:

热沉:金刚石多晶材料作为激光二极管的热沉,快速吸收并传导热量。

热隔离层:在激光二极管和热沉之间加入金刚石多晶薄膜,作为热隔离层。

优势:

提高激光二极管的输出功率和稳定性。

减少因热效应引起的性能退化。

4. 微电子机械系统(MEMS)

应用背景:MEMS器件在传感器、执行器等领域应用广泛,其尺寸小、热密度高,对散热有特殊要求。

应用方式:

微型散热器:利用金刚石多晶材料制造微型散热器,用于MEMS器件的局部散热。

结构部件:将金刚石多晶作为结构部件,同时发挥其散热作用。

优势:

保持MEMS器件的稳定性和精确性,防止因过热导致的性能失效。


   如何选择合适的金刚石多晶散热材料

1. 确定散热要求

热源特性:分析器件的热源特性,包括发热功率、热分布等。

工作环境:考虑器件的工作温度范围、湿度、化学腐蚀等环境因素。

2. 材料性能评估

热导率:选择热导率满足散热要求的金刚石多晶材料。

热膨胀系数:确保材料的热膨胀系数与器件材料相匹配,减少热应力。

机械强度:评估材料的硬度和抗弯强度,确保在安装和使用过程中不会损坏。

3. 加工性能

可加工性:考虑材料的加工难度,如切割、钻孔、抛光等。

界面处理:评估材料与器件其他部分粘接或键合的界面处理方法。

4. 经济性分析

成本:比较不同供应商的材料成本,包括购买成本和加工成本。

使用寿命:考虑材料的长期稳定性和预期使用寿命,以评估总体成本效益。

5. 供应商选择

技术支持:选择能够提供技术支持和定制服务的供应商。

质量保证:确认供应商的质量控制体系,确保材料的一致性和可靠性。

6. 样品测试

热阻测试:对候选材料进行热阻测试,以验证其实际散热性能。

长期稳定性测试:进行老化测试,评估材料在长期使用过程中的性能变化。

   最后

金刚石多晶材料凭借其超高的热导率、优异的机械性能和化学稳定性,成为高功率器件散热材料的理想选择。尽管目前仍面临材料制备和器件集成等技术挑战,但随着技术的不断进步,金刚石多晶散热材料在高功率器件中的应用前景广阔,将为电子器件的性能提升和系统能效提高做出重要贡献。



   第八届国际碳材料大会暨产业展览会

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宽禁带半导体及创新应用论坛

12月5日 周四 全天


10:25-11:00

议题待定

王英民,中国电子科技集团公司第四十六研究所首席专家


11:00-11:25

第三代半导体表面处理技术及装备

王德君,大连理工大学教授


11:25-11:45

基于氮化镓半导体的微波无线供电技术

敖金平,江南大学教授


11:45-12:05

以碳化硅为代表的第三代半导体产业演进及未来趋势

梁赫,重庆鬃晶科技有限公司总经理


13:30-13:55

Si基GaN器件及系统研究与产业前景

于洪宇,南方科技大学深港微电子学院院长


13:55-14:20

报告方向:金刚石半导体器件产业化进展

王宏兴,西安交通大学教授


14:20-14:40

磨抛工艺在超宽禁带半导体材料衬底制备中的应用

王彬,合美半导体(北京)有限公司总经理


15:10-15:35

报告方向:晶圆键合

王晨曦,哈尔滨工业大学教授


15:35-16:00

金刚石薄膜的制备与电学性能研究

胡晓君,浙江工业大学教授


16:00-16:20

报告方向:半导体先进键合集成技术与应用

母凤文,北京青禾晶元半导体科技有限责任公司、天津中科晶禾电子科技有限责任公司董事长兼总经理


16:20-16:40

山东大学团队(邀请确认中)


半导体及加工产业现状与趋势

12月5日 周四 上午


09:40-10:10

SiC产业发展分析与技术的新进展

赵正平,中国电子科技集团有限公司原副总经理


10:10-10:40

报告方向:超精密抛光技术研究进展

袁巨龙,浙江工业大学超精密加工技术研究中心主任


11:10-11:40

报告方向:芯片级金刚石晶圆

江南,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员


11:40-12:10

报告方向:大功率芯片散热的解决方案

郭跃进,深圳大学异质异构国家重点实验室研究员、原Intel公司首席专家


金刚石前沿应用及产业发展论坛

金刚石生长与前沿应用专题

12月5日 周四 下午


13:35-14:00

金刚石增强导热复合材料与技术

朱嘉琦,哈尔滨工业大学教授


14:00-14:25

报告方向:金刚石量子前沿科技

Milos Nesladek,哈塞尔特大学教授


14:25-14:45

议题待定

Rahul Gaywala,印度Sahajanand Technologies Private Limited公司CEO


15:10-15:35

报告方向:金刚石信息功能传感和电子器件

廖梅勇,日本国立物质材料研究所(行程确认中)


15:35-15:55

报告方向:金刚石量子应用案例

赵博文,安徽省国盛量子科技有限公司创始人


15:55-16:15

硼掺杂金刚石电极的调控与电化学工程应用

魏秋平,中南大学教授


16:15-16:35

议题待定

嘉宾待定,普敦实验室设备(上海)有限公司


16:35-16:55

高灵敏性金刚石热敏电阻器件研究新进展

陈巧,中国地质大学(武汉)副教授


热管理应用及产业化解决方案专题

12月6日 周五 全天


09:30-09:55

金刚石在激光领域的应用研究

杭寅,中国科学院上海光机所研究员


09:55-10:20

三维集成金刚石先进散热技术进展

于大全,厦门大学教授


10:20-10:45

使用CVD金刚石散热器提升高功率密度芯片的性能

lan Friel,元素六业务拓展经理、首席科学家


11:10-11:35

金刚石材料的激光加工

王成勇,广东工业大学副校长


11:35-12:00

CVD金刚石散热材料制备及产业化应用

魏俊俊,北京科技大学教授


12:00-12:20

太原理工大学团队(行程确认中)


13:30-13:55

金刚石常温键合技术在高性能半导体器件散热中的应用

梁剑波,大阪公立大学副教授


13:55-14:20

朝着光束全方位调控的金刚石激光技术

白振旭,河北工业大学教授


14:20-14:40

Effect of gas phase nucleation on nano- and polycrystalline diamond growth in conventional MPCVD chamber

Mariia Lambrinaki,苏州思体尔软件科技有限公司CEO


14:40-15:00

精密磨抛技术在金刚石材料加工中的应用

梁浩,北京特思迪半导体设备有限公司


15:30-15:55

集成电路先进封装的钻石中介层

宋健民博士


15:55-16:15

微射流激光先进技术基于大尺寸金刚石高品质分片及微流通道制备方案

杨森,西安晟光硅研半导体科技有限公司


16:15-16:25

小分子液态源MPCVD制备超纳米金刚石薄膜材料及应用研究

熊鹰,西南科技大学教授


16:25-16:45

基于COMSOL仿真的圆柱形谐振腔MPCVD中金刚石沉积的调控

杨黎,昆明理工大学教授


12月7日 周六 上午


10:00-12:00

闭门讨论:金刚石在热管理市场怎么用?从哪个角度切入热管理市场一块蛋糕?(仅限邀请)


超硬材料与超精密加工论坛

先进加工技术及应用方案专题

12月6日 周五 上午


09:30-09:55

议题待定

康仁科,大连理工大学教授


09:55-10:20

议题待定

吴勇波,南方科技大学教授


10:50-11:15

金刚石的超精密加工技术现状与发展

赵清亮,哈尔滨工业大学教授


11:15-11:40

化学气相法制备单晶微刃金刚石磨料及工具新技术

孙方宏,上海交通大学教授


11:40-12:05

纳秒激光诱导活性金属等离子体反应刻蚀单晶CVD金刚石研究

温秋玲,华侨大学副教授


半导体切磨抛难题解决方案专题

12月6日 周五 下午


13:30-13:55

碳化硅晶圆减薄磨削装备及砂轮技术

尹韶辉,湖南大学无锡半导体先进制造创新中心主任


13:55-14:20

金刚石加工碳化硅晶圆衬底技术现状与趋势

栗正新,河南工业大学材料学院教授、河南工大高新产业技术研究院院长


14:20-14:45

金刚石衬底化学机械抛光原子级去除机理探讨

戴媛静,清华大学天津高端装备研究院常务副所长


14:45-15:05

金刚石超光滑与平坦化工艺路径探索

邓辉,南方科技大学机械与能源工程系研究员


15:30-15:55

大尺寸碳化硅晶圆加工过程面临的挑战与对策

张保国,河北工业大学教授


15:55-16:20

金刚石晶圆的磨抛一体化加工研究进展

陆静,华侨大学教授


16:20-16:40

硬脆材料的金刚石线切割过程切割力动态建模

梁列,西安理工大学青年教师


12月7日 周六 上午


10:00-12:00

闭门讨论:半导体CMP抛光“卡脖子”难点探讨




展商名录


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