1月23日消息，鉆石巨頭戴爾比斯旗下的高科技材料企業Element Six于1月22日宣布推出了一種應用于半導體器件散熱的銅-金剛石復合材料，為半導體器件的散熱問題提供了全新的解決方案。

左圖為復合材料樣品，右圖為散熱器中金剛石微粒的分布

       據了解，Element Six此次發布的銅-金剛石復合材料結合了兩種在散熱領域表現卓越的材料：一種是廣泛應用于半導體器件散熱的銅，另一種是導熱性能極為出色的金剛石。通過獨特的工藝，這兩種材料被完美地結合在一起，實現了導熱系數和熱膨脹系數在兩種原材料之間的平衡，從而達到了前所未有的散熱效果。

       技術背景與原理

       半導體器件在工作過程中會產生大量的熱量，如果不能及時散熱，將會導致器件性能下降、壽命縮短甚至損壞。傳統的散熱材料如銅、鋁等雖然具有一定的導熱性能，但在面對高性能半導體器件的高熱負荷時，往往力不從心。因此，開發一種具有更高導熱性能的新型散熱材料顯得尤為重要。

       銅-金剛石復合材料正是基于這一需求而誕生的。它結合了在半導體器件散熱領域中廣泛得到應用的銅和具有出色熱導能力的金剛石，通過獨特的工藝，這兩種材料被完美地結合在一起，實現了導熱系數和熱膨脹系數在兩種原材料之間的平衡，從而達到了前所未有的散熱效果。這種材料的導熱系數遠高于純銅，能夠有效降低半導體器件的工作溫度，提高其性能和可靠性。

       技術特點與優勢

       1、高導熱性能：

       銅-金剛石復合材料的導熱系數遠超純銅，甚至可以達到1000 W/m?K以上。這一特性使得它能夠在極短的時間內將半導體器件產生的熱量迅速傳導出去，從而保持器件的穩定運行。

       2、低熱膨脹系數：金剛石具有較低的熱膨脹系數，這使得銅-金剛石復合材料在溫度變化時尺寸變化較小，有利于提高設備的穩定性和可靠性。

       3、優異的機械性能：金剛石的高硬度和強度賦予了銅-金剛石復合材料優異的耐磨、抗沖擊等機械性能，使其能夠在惡劣的工作環境中保持穩定的性能。

       4、良好的加工性能：通過獨特的工藝制備的銅-金剛石復合材料具有良好的加工性能，可以方便地加工成各種形狀和尺寸的散熱器件。

       應用領域與前景

       銅-金剛石復合材料憑借其卓越的性能，在多個領域具有廣泛的應用前景：

       1、高性能計算（HPC）/AI芯片：隨著人工智能和大數據技術的快速發展，高性能計算芯片的需求日益增加。銅-金剛石復合材料的高導熱性能使其成為這些芯片理想的散熱材料。

       2、射頻功率放大器：射頻功率放大器在無線通信、雷達等領域具有廣泛的應用。由于其工作頻率高、功率大，因此散熱問題尤為突出。銅-金剛石復合材料能夠有效解決這一問題，提高射頻功率放大器的性能和可靠性。

       3、電源轉換器：電源轉換器在電力電子系統中扮演著重要的角色。其散熱性能的好壞直接影響到整個系統的穩定性和效率。銅-金剛石復合材料的應用將有助于提高電源轉換器的散熱性能，從而提高整個系統的性能。

       4、高功率半導體激光器：高功率半導體激光器在醫療、科研、工業等領域具有廣泛的應用。其散熱問題一直是制約其性能提升的關鍵因素之一。銅-金剛石復合材料的應用將有望解決這一問題，推動高功率半導體激光器的發展。

       制備方法與挑戰

       銅-金剛石復合材料的制備方法多種多樣，包括雙鍍層法、粉末冶金法、溶滲法、超聲波增材制造法、電鍍法、高溫高壓法、等離子體燒結法等。然而，這些制備方法都存在一定的挑戰，如金剛石顆粒分布不均勻、界面結合強度低等問題。因此，如何優化制備工藝，提高復合材料的性能，是當前研究的重點之一。

       未來展望

       隨著科技的不斷發展，高性能半導體器件的需求將不斷增加，對散熱材料的要求也將越來越高。銅-金剛石復合材料作為一種新型的高導熱復合材料，在半導體散熱領域具有廣闊的應用前景和巨大的發展潛力，將成為未來半導體散熱領域的重要發展方向。同時，隨著制備工藝的不斷優化和成本的降低，銅-金剛石復合材料有望在更多領域得到應用，為人類的科技進步和生活品質提升貢獻更多的力量。