目前,,比较热门的散热方案主要有石墨片、、石墨烯、、、导热界面材料(TIM)、、热管(HP)和均热板(VC)以及半固态压铸件。。而天然石墨散热膜产品较厚,,,且热导率不高,,,,难以满足未来高功率、、、、高集成密度器件的散热需求,,同时也不符合人们对超轻薄、、、、长续航等高性能要求。。因此,,,,寻找超热导新材料具有及其重要的意义。。。。这就要求这类材料具有极低的热膨胀率,,超高热导率,,,,以及轻薄。。。
金刚石是一种性能优异的宽禁带半导体材料,,,,是自然界中热导率最高的物质,,,,常温下热导率可达2000 W/(m.K),,热膨胀系数约(0.86±0.1)*10-5/K,,,且室温下绝缘。。。。另外,,,金刚石还具有优异的力学、、、声学、、、光学、、、电学和化学性质,,,,使其在高功率光电器件散热问题上具有明显优势,,,,这也表明了金刚石在散热领域具有巨大的应用潜力。。
金刚石热导率最高,,,高达2000 W/(m.K)
金刚石是立方晶体,,,,由碳原子通过共价键结合形成。。金刚石的许多极致属性都是形成刚性结构的sp³共价键强度和少量碳原子作用下的直接结果。。。。金属通过自由电子传导热量,,,,其高热传导性与高导电性相关联,,,相比之下,,,,金刚石中的热量传导仅由晶格振动(即声子)完成。。金刚石原子之间极强的共价键使刚性晶格具有高振动频率,,因此其德拜特征温度高达2,220 K。。。。由于大部分应用远低于德拜温度,,,,声子散射较小,,因此以声子为媒介的热传导阻力极小。。。。但任何晶格缺陷都会产生声子散射,,从而降低热传导性,,这是所有晶体材料的固有特征。。。。金刚石中的缺陷通常包括较重的13C同位素、、氮杂质和空位等点缺陷,,堆垛层错和位错等扩展缺陷以及晶界等2D缺陷。。
目前,,,,市面上最为多见的金刚石散热方案是通过金刚石热沉片(散热片)散热。。作为热沉,,金刚石热沉片表现出优异的散热特性:一方面将集中于器件PN结的热量能够均匀迅速的沿热沉表面扩散;另一方面将热量沿热沉垂直方向迅速导出。。
常用的热沉材料有氮化铝AIN和铜Cu等,,,,其中氮化铝AIN由于导热率低,,,难以实现良好的散热效果,,,而铜Cu的导体特性会导致水冷热沉通道内的电化学腐蚀,,,从而造成堵塞。。。。CVD金刚石则是绝佳的热沉材料,,其热导率最高可达2000W/(K·m),,远远大于氮化铝AIN和铜Cu。。热导率高于1000W/(K·m),,,,金刚石热沉片是首选且是唯一选择。。