Алмаз считается идеальным материалом для управления тепловым режимом, способным удовлетворить потребности стремительно развивающейся электронной промышленности. 6 декабря 1963 года в Китае был успешно создан первый искусственный алмаз, и на протяжении шестидесяти лет объемы производства искусственных алмазов в стране ежегодно растут.
Области применения алмаза чрезвычайно широки — от бытовых устройств до таких высокотехнологичных отраслей, как микроэлектроника и аэрокосмическая промышленность. Сегодня монокристаллические алмазные пластины стали ключевым компонентом новейших технологий в таких областях, как искусственный интеллект, чипы для облачных вычислений, силовая электроника для электромобилей и чипы для беспроводной связи.
Типичные области применения алмаза в терморегулировании включают: алмазно-металлические композитные материалы для герметизации (Almaond/Cu, Almaond/A), теплоотводы, GaN-устройства на алмазной подложке и т. д. Теплоотводы на алмазной основе используются в системах охлаждения лазеров
, обеспечивая эффективную передачу и отвод тепла, снижение рабочей температуры лазера, а также повышение его стабильности и срока службы.
Алмаз, используемый в качестве материала для герметизации полупроводниковых устройств, обладает высококачественными характеристиками, необходимыми для электронной герметизации, такими как высокая теплопроводность, низкая диэлектрическая проницаемость, высокая удельная проводимость и высокое пробивное напряжение. Путем непосредственного осаждения алмазной пленки на металлические материалы с высокой теплопроводностью, композитные материалы или подложки из монокристаллического кремния, либо путем изготовления из неё самонесущих алмазных плёнок, которые затем приклеиваются к необходимой электронной упаковке, CVD-алмазные плёнки демонстрируют отличные перспективы применения в области упаковки электронных устройств.
Алмазная пленка, используемая в качестве переходного радиатора для высокомощных полупроводниковых лазеров, обладает множеством преимуществ, а именно:
(1) Высокая теплопроводность: с точки зрения теплоотвода теплопроводность радиатора является наиболее важным фактором. Тепло, выделяемое высокомощными чипами во время работы, необходимо своевременно отводить, иначе это приведет к красному смещению длины волны, что негативно повлияет на срок службы и стабильность работы. Теплопроводность искусственного алмаза может достигать 2000 Вт/(м·К), что примерно в 5 раз превышает показатель обычных медных радиаторов. Превосходная теплопроводность алмазной пленки значительно повышает эффективность отвода тепла.
2) Совпадение коэффициентов теплового расширения: коэффициент теплового расширения алмазной пленки может варьироваться — при температуре 300 К он составляет 1×10⁻⁶ К, при 500 К — 27×10⁻⁶ К, а при 1000 К — 4,4×10⁶ К, что соответствует коэффициенту материала GaAs (4,5×10⁶ Н), что позволяет эффективно устранять тепловые напряжения и уменьшать деформацию микросхемы.
(3) Высокая электроизоляция: удельное сопротивление алмазной пленки очень высокое — достигает 10³⁰ Ом·см, что обеспечивает лучшую изоляцию.
(4) Низкая диэлектрическая проницаемость: по сравнению с другими материалами для радиаторов (диэлектрическая проницаемость Si составляет 118, а AlN — 8,
(5) диэлектрическая проницаемость алмазной пленки составляет не менее 5,5, что благоприятно сказывается на работе устройств и передаче сигналов.
Алмазная пленка, используемая в качестве переходного радиатора для высокомощных полупроводниковых лазеров, обладает множеством преимуществ, а именно:
Требования к миниатюризации и облегчению электронных устройств определяют изменения в области теплоотводящих материалов и решений. Легкость и высокая теплопроводность стали целями развития теплоотводящих материалов, и алмаз стал одним из оптимальных вариантов. Компания JCB DIAMOND специализируется наисследовании, производстве и продаже алмазных материалов и в настоящее время предлагает такие продукты, как алмаз на уровне пластин, алмазные теплоотводящие пластины, гетероинтегрированные композитные подложки на алмазной основе, а также алмаз-медь и другие продукты.
