金刚石的热导率高，热膨胀系数又小，为什么还用金刚石铜复合材料

ruler_2008 2017-09-20 11:53:21 1142 浏览

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欢啊换 2017-09-21 10:05:11

人造金刚石是人工合成物质中热导率Z高的，热导率可达2000W/m.K；金刚石的线热膨胀系数可低至1.2ppm/K。铜的热导率380W/m.K，热膨胀系数18ppm/K 。这两者合成的金刚石-铜复合片热导率可达800W/m.K，热膨胀系数5ppm/K左右。这种特别的材料Z适合制作高速运算或高功率半导体芯片的衬底及导热材料，例如照明用LED的芯片衬底，电脑CPU等大面积芯片的热沉转接导热片。除了高热导率，金刚石-铜复合片的热膨胀系数可以调整到接近半导体芯片的热膨胀系数，避免热应力对半导体芯片的破坏。为什么不能直接使用金刚石做这些衬底或导热片呢？目前生产人造金刚石的技术主要有三类：一是CVD金刚石多晶膜，这种薄膜厚度和结构力度是否合于使用姑且不论；主要是其造价及耗能甚高，目前不适宜大批量在半导体工业上应用。其二是爆炸法生产的人造金刚石微粒，这种金刚石粒径小，晶形破碎，杂质较多，可以做一些需要增加热导率材料的填充添加物，但不适合做金刚石-铜复合片。已经工业化大批量生产多年的高温高压合成金刚石单晶颗粒，自然就成为主角材料了。然而金刚石是碳元素晶格，硬度虽高但没有金属的延展性，在高温下容易石墨化或烧成二氧化碳。在高压制程中众多小颗粒聚合在一起挤压，晶格会从脆弱面崩裂，这些崩裂的碎片造成成品材料内部的空隙。金刚石是利用‘声子’传热，空隙就成了高热阻。所以即使能将金刚石粉末压合在一起也不能成为好的导热材料。铜的延展性和热导率在金属中都是名列前茅的，利用铜材料填充金刚石颗粒间的缝隙就能解决这个问题。当然，也可以制作金刚石-铝复合材料。

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