熱控材料有哪些？銅/金剛石復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)解析
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和動(dòng)力電池等領(lǐng)域的技術(shù)不斷突破，電子設(shè)備正朝著更輕、更薄、更高效的方向邁進(jìn)。然而，這一進(jìn)步背后卻伴隨著一個(gè)日益突出的問(wèn)題——散熱。由于芯片和模組的集成度急劇提升，功率密度不斷增大，加上電子元器件也趨于小型化和高度密集化，電子設(shè)備在工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量大幅增加，若無(wú)法及時(shí)有效地散熱，將嚴(yán)重影響設(shè)備的壽命和穩(wěn)定性。那么，熱控材料有哪些呢？
熱控材料主要通過(guò)反射、輻射、導(dǎo)熱/隔熱以及相變蓄熱等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)溫度的控制。這些材料包括多種類型，如熱控涂層、多層隔熱材料、導(dǎo)熱材料和相變材料等。
在眾多熱控材料中，金剛石-銅復(fù)合材料憑借其卓越的導(dǎo)熱性能和低熱膨脹系數(shù)，脫穎而出，成為滿足高功率半導(dǎo)體、超算芯片等電子封裝器件散熱需求的重要候選材料。
金剛石是自然界中已知導(dǎo)熱能力最強(qiáng)的物質(zhì)之一，其室溫下的熱導(dǎo)率高達(dá)2.2kW/(m·K)，遠(yuǎn)超銅的0.4kW/(m·K)。同時(shí)，金剛石還具有極低的熱膨脹系數(shù)，這對(duì)于減少電子元器件因溫度變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力損害至關(guān)重要。銅作為一種優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電材料，其機(jī)械加工性能也十分出色。將金剛石與銅相結(jié)合，形成的銅/金剛石復(fù)合材料繼承了二者的優(yōu)點(diǎn)，不僅導(dǎo)熱性能卓越，而且易于加工成各種形狀和尺寸，極大地拓寬了其應(yīng)用范圍。
目前，銅金剛石復(fù)合材料的制備方法主要有高溫法和電鍍法兩大類。高溫法包括粉末冶金法、等離子體燒結(jié)法、溶滲法以及高溫高壓法等，這些方法雖然能夠制備出性能優(yōu)異的復(fù)合材料，但存在著制造成本高、生產(chǎn)效率低以及樣品尺寸和形狀受限等問(wèn)題。相比之下，電鍍法以其設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低、加工條件溫和以及工藝設(shè)計(jì)自由度大等優(yōu)勢(shì)，成為了一種理想的銅/金剛石復(fù)合材料制備方法。更重要的是，電鍍法與載板級(jí)微加工工藝相兼容，為實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)提供了可能。
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能驅(qū)動(dòng)的新計(jì)算時(shí)代的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體器件的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)也催生了市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體材料的需求，半導(dǎo)體材料行業(yè)迎來(lái)快速發(fā)展的黃金期。在國(guó)家鼓勵(lì)半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化的政策導(dǎo)向下，本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國(guó)外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局，推進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，促進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展。
數(shù)據(jù)顯示，2017-2019年中國(guó)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)規(guī)模逐年增長(zhǎng)，從2017年的76億美元增長(zhǎng)至2020年的94億美元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017-2020年全球62座新投產(chǎn)的晶圓廠中有26座來(lái)自中國(guó)大陸，占比超過(guò)40%，成為增速最快的地區(qū)。伴隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，汽車電動(dòng)化進(jìn)程拉動(dòng)IGBT規(guī)模增長(zhǎng)。得益于對(duì)清潔能源高速增長(zhǎng)的需求，IGBT市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)，IGBT市場(chǎng)在2020年的規(guī)模為54億美元，從2020年到2026年將以7.5%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2026年市場(chǎng)規(guī)模為84億美元。新能源車應(yīng)用作為IGBT市場(chǎng)規(guī)模的重要增量，2020年市場(chǎng)規(guī)模為為5.09億美元，2020-2026年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為23%，預(yù)計(jì)2026年新能源車用IGBT市場(chǎng)規(guī)模為17億美元。
隨著5G、智慧物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，中國(guó)大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速與全面布局，正逐步驅(qū)使全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移。目前，我國(guó)已經(jīng)成為最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，并且繼續(xù)保持最快的增速，預(yù)計(jì)半導(dǎo)體市場(chǎng)增長(zhǎng)將持續(xù)帶動(dòng)半導(dǎo)體材料行業(yè)快速發(fā)展。
