中國粉體網(wǎng)訊  金剛石/銅復(fù)合材料作為優(yōu)異的散熱材料之一，具有密度低、熱導(dǎo)率高及熱膨脹系數(shù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，有望解決未來高熱流密度電子器件的封裝和散熱難題。

技術(shù)背景

新技術(shù)時(shí)代下，電子信息制造業(yè)已迅猛發(fā)展成為我國重要的經(jīng)濟(jì)支柱，國家科技發(fā)展綱要把高端芯片和極大規(guī)模集成電路制造業(yè)列為重大專項(xiàng)�，F(xiàn)階段，為了追求更快的運(yùn)算速度和更復(fù)雜的功能，電子器件集成度越來越高，特征尺寸越來小，這樣將導(dǎo)致功率密度大幅提高，單位面積散熱量迅速增加。

如何將產(chǎn)生的大量熱量轉(zhuǎn)移出去，已成為電子器件安全、穩(wěn)定、高效工作的關(guān)鍵。

由于銅和金剛石具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和較低的熱膨脹性，金剛石顆粒分散在銅基體中構(gòu)成的復(fù)合材料具有較高的熱導(dǎo)率、合適的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)異的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，因此在高性能散熱材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵性能指標(biāo)

熱導(dǎo)率與熱膨脹系數(shù)是評(píng)價(jià)金剛石/銅復(fù)合材料熱學(xué)性能優(yōu)劣的兩個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)。這兩個(gè)指標(biāo)同時(shí)受復(fù)合材料成分（主要指金剛石顆粒粒徑與體積分?jǐn)?shù)）、制備工藝等影響。

1.復(fù)合材料成分

在金剛石/銅復(fù)合材料中，一般使用粒徑為幾十到幾百微米的金剛石顆粒，通過改變金剛石所占的體積分?jǐn)?shù)來調(diào)控復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，即在復(fù)合材料成分中，金剛石顆粒粒徑與體積分?jǐn)?shù)是影響其導(dǎo)熱性能的主要因素。

金剛石體積分?jǐn)?shù)對金剛石/銅復(fù)合材料熱導(dǎo)率與熱膨脹系數(shù)的影響

2.制備工藝

目前，金剛石/銅復(fù)合材料的制備方法有很多種，主要包括粉末冶金法、高溫高壓法、放電等離子燒結(jié)法、壓力浸滲法、無壓浸滲法、真空熱壓浸滲法及復(fù)合電沉積法等。在各制備方法中，溫度與壓強(qiáng)是制備過程中兩個(gè)重要工藝參數(shù)。

溫度與壓強(qiáng)對金剛石/銅復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響

眾多研究成果顯示，隨著金剛石顆粒粒徑和體積分?jǐn)?shù)以及相關(guān)制備工藝參數(shù)的改變，金剛石/銅復(fù)合材料的熱導(dǎo)率會(huì)發(fā)生較大的改變，而熱膨脹系數(shù)隨金剛石體積分?jǐn)?shù)影響較大。針對需要熱膨脹系數(shù)相匹配的應(yīng)用場合，可通過試驗(yàn)的方法優(yōu)先找到合適熱膨脹系數(shù)下的金剛石體積分?jǐn)?shù)，再通過改變其他參數(shù)來提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，最終獲得所需的高導(dǎo)熱金剛石/銅復(fù)合材料。

元素六散熱方案

元素六（Element Six）是全球領(lǐng)先的金剛石技術(shù)解決方案供應(yīng)商。針對高功率電子器件散熱難題，公司最新推出的Cu-Diamond復(fù)合材料通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)熱導(dǎo)率800-1000 W/(m·K)，較純銅提升2-2.5倍，同時(shí)將熱膨脹系數(shù)（CTE）精確控制在7.2-10.5 ppm/K，與GaN/SiC芯片形成理想匹配。材料采用梯度分布技術(shù)，在保證超高導(dǎo)熱性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)熱循環(huán)穩(wěn)定性提升，可在極端熱疲勞測試中下保持結(jié)構(gòu)完整性。

銅-金剛石復(fù)合材料（樣品） 圖源：元素六官網(wǎng)

Cu-Diamond復(fù)合材料核心優(yōu)勢包括：

1.動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力：通過優(yōu)化金剛石體積分?jǐn)?shù)和粒徑，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱率，熱膨脹系數(shù)與機(jī)械強(qiáng)度的精準(zhǔn)平衡，高度匹配最終應(yīng)用場景；

2.可靠性保障：極低的界面熱阻，抗熱疲勞壽命大幅提升；

3.封裝兼容性：表面可鍍覆Au/Ni等金屬層，支持共晶焊、燒結(jié)等主流工藝，滿足3D封裝需求；

4.材料提供多樣化選擇：標(biāo)準(zhǔn)尺寸和厚度幾乎全覆蓋，最薄0.25mm，可定制階梯式、曲面及微孔結(jié)構(gòu)。

該解決方案是高功率密度半導(dǎo)體器件應(yīng)用的理想散熱器選擇，包括：高性能計(jì)算的高端人工智能芯片、國防和無線通信的射頻功率放大器、可靠功率轉(zhuǎn)換的功率模塊以及高功率半導(dǎo)體激光器。

2025年5月28日，中國粉體網(wǎng)將在江蘇·蘇州舉辦“第二屆高導(dǎo)熱材料與應(yīng)用技術(shù)大會(huì)暨導(dǎo)熱填料技術(shù)研討會(huì)”。屆時(shí)，我們邀請到Element Six（元素六）亞洲戰(zhàn)略業(yè)務(wù)總監(jiān)秦景霞出席本次大會(huì)并作題為《高性能金剛石銅復(fù)合材料散熱解決方案》的報(bào)告。本報(bào)告將具體介紹金剛石銅復(fù)合材料的制備工藝、技術(shù)優(yōu)勢以及行業(yè)展望。

個(gè)人簡介

秦景霞，Element Six（元素六）亞洲戰(zhàn)略業(yè)務(wù)總監(jiān)，畢業(yè)于湖南大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，深耕于金剛石，立方氮化硼，硬質(zhì)合金等超硬材料的各種工業(yè)應(yīng)用以及前沿應(yīng)用十余年，立足國際領(lǐng)先品牌平臺(tái)，借力中國超硬材料制品行業(yè)的產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢，熟知相關(guān)產(chǎn)品的各類傳統(tǒng)應(yīng)用，前沿應(yīng)用，及各行業(yè)發(fā)展的脈動(dòng)趨勢。

參考來源：

1.元素六官網(wǎng)，中國粉體網(wǎng)

2.王魯華.銅／金剛石復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱性能.北京科技大學(xué)

3.王子揚(yáng)等.界面導(dǎo)熱對銅/金剛石復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響分析.工程熱物理學(xué)報(bào)

4.李明君等.高導(dǎo)熱金剛石/銅復(fù)合材料研究進(jìn)展.中國表面工程

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

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