科研前沿

所在位置:

首页 知识中心科研前沿冷酷到底!金刚石热沉片破解大功率器件散热难题

冷酷到底!金刚石热沉片破解大功率器件散热难题

时间:2024-04-07浏览次数:325

现代大功率电子和光电器件由于在小范围内产生大量热量而存在严重的冷却问题。随着设备变得越来越小,它们在存在极端功率密度(大于 1 kW/cm 2)时仍然需要高可靠性。这就产生了对新的热管理解决方案的需求。为了冷却这些设备,必须通过在设备和冷却系统(如散热器,风扇或散热器)之间放置一层高导热系数来传播窄热,金刚石在较宽的温度范围内具有远优于铜的导热性。

 1712451300443906.png

金刚石拥有一系列非凡的特性,包括:已知最高的导热性、刚度和硬度;在很宽的波长范围内具有高光传输率、低热膨胀系数低密度。这些特性可以使金刚石成为热管理的首选材料,以显着降低各种应用中的热阻。金刚石导热系数范围从 1000 W/(m.K )到 2200 W/(m.K),金刚石还具有完全各向同性的特性,可以增强各个方向的热量传播。当采用适当的芯片贴装方法时,金刚石热沉片可为具有重大热管理挑战的半导体封装提供可靠的解决方案。 

1712451337102615.jpg

基于 GaN 的晶体管及其相关射频 (RF) 功率放大器 (PA) 已成为替代雷达、电子战 (EW) 系统和卫星通信中的行波管的领先固态技术。然而,GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 在硅芯片上的运行对热管理提出了重大挑战,因为热量产生集中在非常小的区域,通常以微米为单位。典型 GaN HEMT 器件中的栅极间距通常小于 50 µm。这会导致显着的热梯度和高工作温度,从而影响设备性能和耐用性。升高的温度会对可靠性产生不利影响。

1712451353917055.png

金刚石热沉片目前已广泛用于各高功率、高频、高压、高温等环境下的热管理。这些包括集成电路的组件,高功率激光二极管的散热器,甚至作为多芯片模块的衬底材料。这些应用在器件制造中的结果应该是更高的运行速度,因为器件可以更紧密地包装而不会过热。可靠性也有望提高,因为对于给定的器件,安装在金刚石上的结温将更低。研究显示,与标准的SiC基GaN相比,使用金刚石散热器,射频性能将提高20%。

 1712451364831037.png

研究表明,与SiC基GaN的相同器件相比,金刚石基GaN器件的温度从GaN通道到基板底部的温度变化减少了80℃。通过将金刚石-冷却器界面处的结合层厚度加倍或增加四倍,预计不会出现显著的温度升高。对于芯片散热70W的热功率,导热系数为2000W/(mK和1500W/mK的金刚石散热器可以分别降低最高热点温度40%和38%。一个 2000 W/(m.K) 的金刚石散热器可以散发 110W 的加热功率(热点热通量为 10.2kW/cm 2) 同时将最高热点温度保持在 160ºC 以下。

 1712451370682009.png

化合积电专注金刚石材料生产、研发和销售,掌握一流的金刚石生产工艺,致力于为客户提供大功率器件散热材料及解决方案,产品包括金刚石晶圆、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等,其中,金刚石晶圆生长表面粗糙度Ra<1nm,金刚石热沉片热导率1000-2000W/(m·K),目前产品已应用于航空航天、电力电子、光通讯,新能源光伏、新能源汽车、传感器、Al、IGBT、高铁等诸多领域。


相关文章
提交您的需求!
立即填写

提交需求,联系我们

注:请填写以下申请信息,我们会在收到申请的一周内与您联系。

*姓名:
*公司:
职务:
*邮箱:
*电话:
需求说明:
本人同意并愿意在未来收到 “化合积电(厦门)半导体科技有限公司” 和许可分销商和合作伙伴关于此需求的通信。
了解更多产品!
立即联系我们!
©2022 化合积电(厦门)半导体科技有限公司 版权所有  网站地图

返回上一级

联系我们
立即填写

提交需求,联系我们

*姓名:
*公司:
职务:
*邮箱:
*电话:
需求说明:
本人同意并愿意在未来收到 “化合积电(厦门)半导体科技有限公司” 和许可分销商和合作伙伴关于此需求的通信。
热线服务
在线咨询
立即填写

提交需求,联系我们

注:请填写以下申请信息,我们会在收到申请的一周内与您联系。

*姓名:
*公司:
职务:
*邮箱:
*电话:
需求说明:
本人同意并愿意在未来收到 “化合积电(厦门)半导体科技有限公司” 和许可分销商和合作伙伴关于此需求的通信。