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新一代超高热导半导体封装基板——金刚石热沉片

时间:2023-10-26浏览次数:308

      基板是裸芯片封装中热传导的关键环节。随着微电子技术的发展,高密度组装、小型化特性愈发明显,组件热流密度越来越大,对新型基板材料的要求越来越高,要求具有更高的热导率、更匹配的热膨胀系数以及更好的稳定性。而具备这些优良特性的金刚石应运而生。


       金刚石是一种超宽禁带半导体材料,其禁带宽度为5.5 eV,比GaN、SiC等宽禁带半导体材料还要大。金刚石禁带宽度是Si的5倍,载流子迁移率也是Si材料的3倍,理论上金刚石的载流子迁移率比现有的宽禁带半导体材料(GaN、SiC)也要高2倍以上。同时,金刚石在室温下有极低的本征载流子浓度。并且,除了硬度以外,金刚石还具有半导体材料中的热导率, 为AlN的7.5倍,基于这些优异的性能参数,金刚石被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最有希望的材料。


       50多年来,采用高压高温技术(HPHT) 制造的合成金刚石广泛应用于研磨应用,充分发挥了金刚石极高硬度和极强耐磨性的特性。在过去20年中,基于化学气相沉积(CVD) 的新金刚石生成方法已投入商业化应用,这样就使得以较低成本生成单晶和多晶金刚石。这些新合成方法支持全面开发利用金刚石的光学、热学、电化、化学以及电子属性。目前金刚石已广泛应用于光学和半导体行业。


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       作为专门进行热管理的元件,天然金刚石应用在一些早期微波和激光二极管器件中。但适用天然金刚石板的可用性、尺寸及成本限制了金刚石的市场应 用。随着热学属性与IIa型天然金刚石相类似的微波辅助型CVD 多晶金刚石的出现,可用性问题得到了解决。目前,许多供应商提供一系列现成的热学等级的金刚石。由于独立式多晶金刚石采用直径达140 mm 的大型晶片生成,因此尺寸不再局限为单个器件或小型阵列,阵列尺寸可扩展至几厘米。基于以上原因,CVD 金刚石的实用性得到验证,自20世纪90年代以来已被广泛应用于各种器件之中。


       随着大尺寸、高质量以及大范围、高灵活度的金刚石沉积技术的逐步开发, 有望使大规模集成电路和高速集成电路的发展进入一个新时代。与此同时, 金刚石制备技术的发展也推动了金刚石光学及光电子学的快速进步, 实现了光电子器件的尺寸大幅降低。高精度金刚石棱镜、金刚石图形化电极以及金刚石声表面波器件的应用都将推动光学、电学和声学领域技术的进一步发展。


       金刚石相比于其他材料具有诸多极其优异的物理化学性能指标, 如极佳的机械性能、热学性能、透光性、半导体性能及化学惰性, 是一种全方位的不可替代的特殊多功能材料。这些特性在很多情况下都远远优于其他材料。氧化镓、金刚石是第四代半导体材料。其中,氧化镓是一种无机化合物,也是超宽禁带半导体材料,氧化镓超宽禁带半导体材料制造的功率器件,更耐热、更高效、成本更低、应用范围更广,有望替代碳化硅和氮化镓成为新一代半导体材料。而金刚石是最有应用前景的新一代半导体材料之一。其热导率和体材料迁移率在自然界中最高,在制作功率半导体器件领域应用潜力巨大。目前,全球都在加紧金刚石在半导体领域的研制工作。随着我国推动关键技术突破,功能金刚石材料将由实验室阶段向商业化转变。


       化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的高科技企业,拥有国际先进水平的金刚石和氮化铝生产工艺,可以为全球客户提供高品质的产品和定制化服务。目前核心产品有金刚石热沉片、多晶金刚石、单晶金刚石和氮化铝薄膜等。


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