Поликристаллический алмаз — это материал, состоящий из множества мелких алмазных кристаллов. Он сочетает высокую теплопроводность, прочность и химическую стойкость алмаза с более доступной стоимостью и технологичностью обработки по сравнению с монокристаллическим алмазом.
Основные методы получения поликристаллического алмаза — химическое осаждение из газовой фазы (CVD), синтез при высоких температурах и давлениях (HPHT), а также плазмохимическое осаждение из газовой фазы. Каждый из этих методов имеет свои особенности; все они направлены на получение поликристаллического алмаза с высокой теплопроводностью, более низкой себестоимостью и хорошей обрабатываемостью.
Преимущества монокристаллического и поликристаллического алмаза в теплоотводе
1. Высокая теплопроводность
Теплопроводность монокристаллического и поликристаллического алмаза значительно выше, чем у традиционных материалов для отвода тепла, таких как медь и алюминий. Теплопроводность меди составляет всего 385 Вт/(м·К), алюминия — 237 Вт/(м·К). Благодаря этому алмазные материалы обладают существенными преимуществами в области теплоотвода.
Теплопроводность пластин-теплоотводов из монокристаллического алмаза составляет 1500–2200 Вт/(м·К), а из поликристаллического алмаза — 1200–2000 Вт/(м·К).
2. Хорошие механические свойства
Поликристаллический алмаз обладает высокой твёрдостью и износостойкостью. Он подходит для отвода тепла в экстремальных условиях и помогает оборудованию сохранять стабильную работу даже в тяжёлых условиях эксплуатации.
3. Химическая стабильность
Монокристаллический и поликристаллический алмаз мало склонны вступать в реакции с другими веществами. Благодаря этому их можно использовать в различных условиях, сохраняя стабильность теплоотвода в течение длительного времени.
4. Удобство обработки
Поликристаллический алмаз можно обрабатывать резанием, шлифованием и другими методами, придавая ему необходимую форму и размеры для различных задач теплоотвода.
Примеры практического применения
1. Передовые технологии корпусирования
Китайская исследовательская группа успешно интегрировала подложку из поликристаллического алмаза на обратную сторону микросхемы в корпусе с 2,5D-стеклянной интерпозерной платой. Эта технология значительно снизила максимальную температуру перехода микросхемы и тепловое сопротивление корпуса, продемонстрировав большой потенциал поликристаллического алмаза для передовых технологий корпусирования.
2. Полупроводниковые лазеры
Алмазные пластины-теплоотводы применяются в полупроводниковых лазерах и позволяют заметно повысить эффективность отвода тепла. Например, компания Henan Tianyou Superhard Materials Co., Ltd. изготовила высококачественные алмазные пластины-теплоотводы с использованием передовой технологии MPCVD. Их применение в полупроводниковых лазерах обеспечило заметное снижение температуры и повышение выходной мощности.
3. Связь 5G
В системах связи 5G алмазные пластины-теплоотводы эффективно отводят тепло от высокочастотных мощных радиочастотных компонентов, повышая надёжность системы. Алмазные материалы также применяются в электромобилях: по утверждению исходного текста, они помогают снизить риск теплового разгона аккумуляторов, увеличить запас хода и повысить безопасность.
4. Мощные электронные компоненты
Алмазные материалы называют материалами четвёртого поколения для отвода тепла. Они играют важную роль в охлаждении мощных электронных устройств, полупроводниковых микросхем и других ключевых компонентов.
Компания Henan JCB Superhard Materials Co., Ltd. располагает современным оборудованием международного уровня, включая установки MPCVD, PVD и MOCVD. Она стала одним из первых отечественных производителей, освоивших серийное производство поликристаллического алмаза методом MPCVD. Компания разработала собственные передовые технологии синтеза и обработки алмаза; по заявлению компании, уровень её продукции соответствует ведущим мировым стандартам.
В линейку серийной продукции входят алмазные пластины-теплоотводы, алмазные пластины для полупроводниковых процессов (wafer), алмазные оптические окна и композитные подложки для гетерогенной интеграции. Теплопроводность алмазных пластин-теплоотводов составляет 1000–2200 Вт/(м·К). Шероховатость поверхности алмаза пластинного уровня — Ra < 1 нм.
Продукция применяется в аэрокосмической отрасли, мощных полупроводниковых лазерах, оптической связи, системах охлаждения микросхем и термоядерных установках.
