把金刚石用作封装材料

金刚石可是自然界里的热导小霸王！它的热导率简直牛翻啦，是其他材料望尘莫及的。单晶金刚石的热导率在2200到2600 W/(m.K)之间，这数据让人目瞪口呆。金刚石的膨胀系数也相当可观，大约是1.1×10-6/℃。它不仅在半导体、光学方面表现抢眼，还有很多其他优秀的特性。虽然金刚石本身并不适合用来制作封装材料，而且成本也较高，但它的热导率可是比其他陶瓷基板材料高出几十甚至上百倍！这也让很多大公司都争先恐后地投入研究。

根据相关资料，这款AMB金刚石覆铜板产品通过金刚石与具有良好机械性能的铜的复合，实现了高导热，综合热导率范围为500~1800W/(m·K)，热膨胀系数可调（3~6×10-6/K）。该产品还具有高强度、绝缘性好、体积电阻率（20℃）≥5×1013Ω·cm的特点。此外，其可镀性好，表面易于镀镍、金，且热膨胀系数与导热率具有可设计性。

第三代半导体（如GaN和SiC）的发展推动了功率器件不断向大功率、小型化、集成化和多功能方向前进。随着集成度的提高和体积的缩小，单位体积内的功耗不断增加，导致热量增加和温度急剧上升。因此，散热已成为阻碍大功率电子器件发展的瓶颈问题。

在大功率元件和系统的散热基板方面，需要与之配套的热管理材料具备导热性能、与半导体芯片材料（Si或GaAs）相匹配的热膨胀系数、足够的刚度和强度，以及更低的成本。

早在六十年代，就已经开始尝试使用金刚石作为散热材料。金刚石是一种具有极高导热性能和硬度的材料，常被用于高功率密度、高频率电子器件的散热。金刚石用作热沉材料主要有两种形式，即金刚石薄膜和将金刚石与铜、铝等金属复合。

金刚石与铜都具有高的热导率（铜的热导率为397W/(m·K)），且晶格常数相近，但二者也存在一些问题，例如热膨胀系数相差很大，结合力不好（铜与碳相互不浸润，铜不熔于金刚石）等。在制作过程中，通过借助中间层（如Ti-Pt-Au、Ti、Mo及Ta等）解决了结合力问题。

制作金刚石封装基板的工艺流程如下：先将金刚石表面清洗干净后烘干，再在其表面先用磁控溅射镀膜一层金属钛，再镀膜一层金属铜，以保证金刚石基板与金属的结合力。然后，经过线路曝光、显影、电镀、蚀刻等步骤，形成电路图形。在此过程中，还需要克服加工过程中金刚石高硬度的负面影响，以确保保障金刚石封装基板的性能。

【文章来源】：展至科技

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