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把金剛石用作封裝材料

王晴 ? 來源:mzzzdzc ? 作者:mzzzdzc ? 2023-09-22 17:00 ? 次閱讀

金剛石可是自然界里的熱導小霸王!它的熱導率簡直牛翻啦,是其他材料望塵莫及的。單晶金剛石的熱導率在2200到2600 W/(m.K)之間,這數據讓人目瞪口呆。金剛石的膨脹系數也相當可觀,大約是1.1×10-6/℃。它不僅在半導體光學方面表現搶眼,還有很多其他優秀的特性。雖然金剛石本身并不適合用來制作封裝材料,而且成本也較高,但它的熱導率可是比其他陶瓷基板材料高出幾十甚至上百倍!這也讓很多大公司都爭先恐后地投入研究。

根據相關資料,這款AMB金剛石覆銅板產品通過金剛石與具有良好機械性能的銅的復合,實現了高導熱,綜合熱導率范圍為500-1800W/(m·K),熱膨脹系數可調(3~6×10-6/K)。該產品還具有高強度、絕緣性好、體積電阻率(20℃)≥5×1013Ω·cm的特點。此外,其可鍍性好,表面易于鍍鎳、金,且熱膨脹系數與導熱率具有可設計性。

第三代半導體(如GaN和SiC)的發展推動了功率器件不斷向大功率、小型化、集成化和多功能方向前進。隨著集成度的提高和體積的縮小,單位體積內的功耗不斷增加,導致熱量增加和溫度急劇上升。因此,散熱已成為阻礙大功率電子器件發展的瓶頸問題。

在大功率元件和系統的散熱基板方面,需要與之配套的熱管理材料具備導熱性能、與半導體芯片材料(Si或GaAs)相匹配的熱膨脹系數、足夠的剛度和強度,以及更低的成本。

早在六十年代,就已經開始嘗試使用金剛石作為散熱材料。金剛石是一種具有極高導熱性能和硬度的材料,常被用于高功率密度、高頻率電子器件的散熱。金剛石用作熱沉材料主要有兩種形式,即金剛石薄膜和將金剛石與銅、鋁等金屬復合。

金剛石與銅都具有高的熱導率(銅的熱導率為397W/(m·K)),且晶格常數相近,但二者也存在一些問題,例如熱膨脹系數相差很大,結合力不好(銅與碳相互不浸潤,銅不熔于金剛石)等。在制作過程中,通過借助中間層(如Ti-Pt-Au、Ti、Mo及Ta等)解決了結合力問題。

制作金剛石封裝基板的工藝流程如下:先將金剛石表面清洗干凈后烘干,再在其表面先用磁控濺射鍍膜一層金屬鈦,再鍍膜一層金屬銅,以保證金剛石基板與金屬的結合力。然后,經過線路曝光、顯影、電鍍、蝕刻等步驟,形成電路圖形。在此過程中,還需要克服加工過程中金剛石高硬度的負面影響,以確保保障金剛石封裝基板的性能。

【文章來源】:展至科技

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