导热之王:金刚石复合材料在电子散热中的应用

文摘   2024-11-21 21:11   浙江  

12月5-7,由DT新材料主办的第八届国际碳材料大会暨产业展览会(Carbontech 2024)将在上海新国际博览中心隆重举办。同期针对半导体与加工主题特设4大论坛,宽禁带半导体及创新应用论坛、超硬材料与超精密加工论坛、金刚石前沿应用与产业发展论坛、培育钻石论坛,已邀请国内外知名专家和企业莅临交流,欢迎报名。

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金属基金刚石复合材料(MMC, Metal Matrix Diamond Composites)因其卓越的导热性能和低热膨胀系数,在多个高科技领域中备受关注。以下将详细介绍其材料特性、制备原理以及实际应用。

   材料特性

高导热率:

金刚石作为增强相,具有极高的热导率(室温下可达600~2200 W/m·K),这使得金属基金刚石复合材料在导热性能上表现出色。例如,金刚石/铜复合材料在金刚石体积分数为35%时,其导热系数可高达602 W/m·K。这种高导热率使其非常适合用于需要高效散热的应用场合,如电子封装和高功率电子器件。

低热膨胀系数:

金刚石的低热膨胀系数(约2.3×10-6K-1)与金属基体(如铜、铝)结合后,能够有效降低材料的热膨胀系数。这种特性有助于减少材料在温度变化时的尺寸变化,提高设备的稳定性和可靠性

机械性能:

金刚石的高硬度和强度赋予复合材料优异的机械性能,如耐磨性和抗冲击性。这些特性使其在苛刻的机械环境中表现出色

   制备原理和工艺

粉末冶金法:

原理:将金刚石颗粒与金属粉末(如铜、铝)按一定比例混合均匀,然后在高温高压下压制成型,最后进行烧结处理。

工艺流程:

1、混合:将金刚石颗粒与金属粉末均匀混合。

2、压制:将混合后的粉末在模具中压制成型。

3、烧结:在高温下进行烧结,使金属粉末熔化并与金刚石颗粒结合。

优点:工艺简单,成本较低,适合大规模生产。可以通过调整金刚石颗粒的体积分数和粒径来控制材料的性能。

液相浸渗法:

原理:利用液态金属的流动性,在高温下使熔体金属浸渗进金刚石预制件中,然后冷却凝固成型。

工艺流程:

1、预制件制备:将金刚石颗粒压制成预制件。

2、浸渗:将预制件放入熔融金属中,浸渗一定时间。

3、冷却:冷却凝固成型。

优点:工艺简单,成本低。可以制备高金刚石体积分数的复合材料。

放电等离子体烧结法:

原理:利用放电等离子体的高温高压环境,快速烧结材料,缩短生产周期。

工艺流程:

1、混合:将金刚石颗粒与金属粉末均匀混合。

2、烧结:在SPS设备中快速烧结。

优点:烧结速度快,致密度高。可以有效控制材料的微观结构和性能。

   应用领域

电子封装与散热:

金属基金刚石复合材料在电子封装领域有广泛应用,特别是在大功率芯片的散热热沉中。其高导热性能能够有效降低芯片结温,提高芯片的可靠性和使用寿命

在5G通信技术中,这种材料被用于射频芯片封装,以确保芯片在高功率发射信号时的稳定性,提升信号传输质量

国防与航空航天:

在国防技术领域,金刚石/铜复合材料被用于相控阵雷达和高能固体激光器等设备中,利用其优异的导热和机械性能

在航空航天领域,金属基金刚石复合材料用于制造轻质高强度的热管理部件,如发动机热沉和热防护结构

其他高科技领域:

在微波、电磁、光电等器件的制造中,金刚石/铜复合材料也发挥着重要作用。其高导热性和良好的电学性能使其成为制造高性能电子器件的理想材料。



   第八届国际碳材料大会暨产业展览会

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宽禁带半导体及创新应用论坛

12月5日 周四 全天


10:25-11:00

议题待定

王英民,中国电子科技集团公司第四十六研究所首席专家


11:00-11:25

第三代半导体表面处理技术及装备

王德君,大连理工大学教授


11:25-11:45

基于氮化镓半导体的微波无线供电技术

敖金平,江南大学教授


11:45-12:05

以碳化硅为代表的第三代半导体产业演进及未来趋势

梁赫,重庆鬃晶科技有限公司总经理


13:30-13:55

Si基GaN器件及系统研究与产业前景

于洪宇,南方科技大学深港微电子学院院长


13:55-14:20

报告方向:金刚石半导体器件产业化进展

王宏兴,西安交通大学教授


14:20-14:40

磨抛工艺在超宽禁带半导体材料衬底制备中的应用

王彬,合美半导体(北京)有限公司总经理


15:10-15:35

报告方向:晶圆键合

王晨曦,哈尔滨工业大学教授


15:35-16:00

金刚石薄膜的制备与电学性能研究

胡晓君,浙江工业大学教授


16:00-16:20

报告方向:半导体先进键合集成技术与应用

母凤文,北京青禾晶元半导体科技有限责任公司、天津中科晶禾电子科技有限责任公司董事长兼总经理


16:20-16:40

山东大学团队(邀请确认中)


半导体及加工产业现状与趋势

12月5日 周四 上午


09:40-10:10

SiC产业发展分析与技术的新进展

赵正平,中国电子科技集团有限公司原副总经理


10:10-10:40

报告方向:超精密抛光技术研究进展

袁巨龙,浙江工业大学超精密加工技术研究中心主任


11:10-11:40

报告方向:芯片级金刚石晶圆

江南,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员


11:40-12:10

报告方向:大功率芯片散热的解决方案

郭跃进,深圳大学异质异构国家重点实验室研究员、原Intel公司首席专家


金刚石前沿应用及产业发展论坛

金刚石生长与前沿应用专题

12月5日 周四 下午


13:35-14:00

金刚石增强导热复合材料与技术

朱嘉琦,哈尔滨工业大学教授


14:00-14:25

报告方向:金刚石量子前沿科技

Milos Nesladek,哈塞尔特大学教授


14:25-14:45

议题待定

Rahul Gaywala,印度Sahajanand Technologies Private Limited公司CEO


15:10-15:35

报告方向:金刚石信息功能传感和电子器件

廖梅勇,日本国立物质材料研究所(行程确认中)


15:35-15:55

报告方向:金刚石量子应用案例

赵博文,安徽省国盛量子科技有限公司创始人


15:55-16:15

硼掺杂金刚石电极的调控与电化学工程应用

魏秋平,中南大学教授


16:15-16:35

议题待定

嘉宾待定,普敦实验室设备(上海)有限公司


16:35-16:55

高灵敏性金刚石热敏电阻器件研究新进展

陈巧,中国地质大学(武汉)副教授


热管理应用及产业化解决方案专题

12月6日 周五 全天


09:30-09:55

金刚石在激光领域的应用研究

杭寅,中国科学院上海光机所研究员


09:55-10:20

三维集成金刚石先进散热技术进展

于大全,厦门大学教授


10:20-10:45

使用CVD金刚石散热器提升高功率密度芯片的性能

lan Friel,元素六业务拓展经理、首席科学家


11:10-11:35

金刚石材料的激光加工

王成勇,广东工业大学副校长


11:35-12:00

CVD金刚石散热材料制备及产业化应用

魏俊俊,北京科技大学教授


12:00-12:20

太原理工大学团队(行程确认中)


13:30-13:55

金刚石常温键合技术在高性能半导体器件散热中的应用

梁剑波,大阪公立大学副教授


13:55-14:20

朝着光束全方位调控的金刚石激光技术

白振旭,河北工业大学教授


14:20-14:40

Effect of gas phase nucleation on nano- and polycrystalline diamond growth in conventional MPCVD chamber

Mariia Lambrinaki,苏州思体尔软件科技有限公司CEO


14:40-15:00

精密磨抛技术在金刚石材料加工中的应用

梁浩,北京特思迪半导体设备有限公司


15:30-15:55

集成电路先进封装的钻石中介层

宋健民博士


15:55-16:15

微射流激光先进技术基于大尺寸金刚石高品质分片及微流通道制备方案

杨森,西安晟光硅研半导体科技有限公司


16:15-16:25

小分子液态源MPCVD制备超纳米金刚石薄膜材料及应用研究

熊鹰,西南科技大学教授


16:25-16:45

基于COMSOL仿真的圆柱形谐振腔MPCVD中金刚石沉积的调控

杨黎,昆明理工大学教授


12月7日 周六 上午


10:00-12:00

闭门讨论:金刚石在热管理市场怎么用?从哪个角度切入热管理市场一块蛋糕?(仅限邀请)


超硬材料与超精密加工论坛

先进加工技术及应用方案专题

12月6日 周五 上午


09:30-09:55

议题待定

康仁科,大连理工大学教授


09:55-10:20

议题待定

吴勇波,南方科技大学教授


10:50-11:15

金刚石的超精密加工技术现状与发展

赵清亮,哈尔滨工业大学教授


11:15-11:40

化学气相法制备单晶微刃金刚石磨料及工具新技术

孙方宏,上海交通大学教授


11:40-12:05

纳秒激光诱导活性金属等离子体反应刻蚀单晶CVD金刚石研究

温秋玲,华侨大学副教授


半导体切磨抛难题解决方案专题

12月6日 周五 下午


13:30-13:55

碳化硅晶圆减薄磨削装备及砂轮技术

尹韶辉,湖南大学无锡半导体先进制造创新中心主任


13:55-14:20

金刚石加工碳化硅晶圆衬底技术现状与趋势

栗正新,河南工业大学材料学院教授、河南工大高新产业技术研究院院长


14:20-14:45

金刚石衬底化学机械抛光原子级去除机理探讨

戴媛静,清华大学天津高端装备研究院常务副所长


14:45-15:05

金刚石超光滑与平坦化工艺路径探索

邓辉,南方科技大学机械与能源工程系研究员


15:30-15:55

大尺寸碳化硅晶圆加工过程面临的挑战与对策

张保国,河北工业大学教授


15:55-16:20

金刚石晶圆的磨抛一体化加工研究进展

陆静,华侨大学教授


16:20-16:40

硬脆材料的金刚石线切割过程切割力动态建模

梁列,西安理工大学青年教师


12月7日 周六 上午


10:00-12:00

闭门讨论:半导体CMP抛光“卡脖子”难点探讨



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