隨著微電子技術與功率電子技術的快速發展,芯片級和模塊級的核心電子器件不斷朝著體積更小、功能集成度高、功率密度高的方向發展,這導致電子器件的熱流密度也越來越高,對散熱器的導熱系數、密度、熱膨脹系數提出了越來越高的要求。
散熱基板通常作為熱源與散熱器之間的橋梁,直接與發熱元件接觸,快速吸收并傳導熱量。散熱器則負責將這些熱量進一步散發到周圍環境中,確保發熱元件的工作溫度保持在安全范圍內。近日,華為就公布了“一種銅金剛石散熱基板”專利(授權公告號CN223110366U),將金剛石應用從點狀的“嵌入式散熱”向大面積復合底板方向拓展。
銅金剛石散熱基板是一種高性能的復合散熱材料,它結合了銅的高導熱性和金剛石的低熱膨脹系數及高硬度,以滿足現代電子設備對高效散熱和熱管理的需求。銅金剛石基板采用三明治結構,具體為將銅金剛石材料作為核心層,在其周圍以及上下兩側覆蓋其它金屬材料,形成類似三明治的層狀結構。
在現有的銅金剛石散熱基板中,首先將金屬化的金剛石顆粒與銅粉的混合物進行預壓得到銅金剛石生坯,再將銅金剛石生坯放置到銅板的預置孔中,銅板的上下覆蓋銅粉后進行燒結,從而得到三明治結構的銅金剛石散熱基板。
然而,上述散熱基板中的上下兩層銅層與中間的銅金剛石復合層結合的不夠緊密,無法滿足實際應用的需要。本申請提供了一種銅金剛石散熱基板,用于確保銅金剛石復合層與上下兩層銅層緊密結合,提高散熱基板的牢固程度,滿足不同場景的需要。
其實,華為在金剛石散熱領域的布局由來已久。2023年3月,華為用于芯片散熱的兩項復合導熱材料專利公布。專利說明書顯示,兩項專利以不同的技術方案獲取芯片散熱的復合導熱材料,其中一個技術方案以鐵磁性顆粒材料作為導熱填料;另一個技術方案則以金剛石顆粒材料為主要散熱材料。兩個技術方案經實驗驗證,較傳統硅脂等界面導熱材料的導熱性能,有大幅度的提升。可廣泛適用于,手機、電腦、服務器等電子設備中。
2023年11月,其與哈爾濱工業大學聯合公開的“一種基于硅和金剛石的三維集成芯片的混合鍵合方法”專利,提出通過混合異質材料(包括金剛石與石墨烯)的界面調控,實現大尺寸低熱阻的三維鍵合結構,為3D封裝芯片中“堆疊發熱”問題提供了系統性解決路徑。
去年12月,華為公布一項名為“一種半導體器件及其制作方法、集成電路、電子設備”的專利。據了解,該專利提供了一種半導體器件及其制作方法、集成電路、電子設備,增加金剛石散熱層與鈍化層的接觸面積,改善金剛石散熱層與鈍化層之間的結合力,并且通過減小金剛石散熱層與柵極之間的熱擴散距離,提高半導體器件的散熱效率。
金剛石是已知導熱率最高的材料。不難看出,華為密集研發相關專利,表明其正押注下一代高性能散熱方案,以應對5G、AI芯片、高算力設備等日益嚴峻的散熱挑戰。
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