金剛石熱沉片在半導(dǎo)體激光器中的應(yīng)用
半導(dǎo)體激光器在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多的熱量。半導(dǎo)體激光器的散熱直接關(guān)系到半導(dǎo)體激光器性能的好壞。目前，半導(dǎo)體激光器最主要的散熱方式是通過(guò)熱沉來(lái)散熱。以金剛石作為熱沉材料已是半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一。
半導(dǎo)體激光器屬于激光器的一種，主要是借助半導(dǎo)體物質(zhì)，完成相應(yīng)的激光工作，常被稱之為激光二極管，其因具有波長(zhǎng)范圍寬，制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在民用、軍用、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。
在高功率半導(dǎo)體激光器中，封裝常用的熱沉材料有AIN和Cu等，其中AIN由于導(dǎo)熱率低，難以實(shí)現(xiàn)良好的散熱效果，而Cu的導(dǎo)體特性會(huì)導(dǎo)致水冷熱沉通道內(nèi)的電化學(xué)腐蝕，從而造成堵塞。CVD金剛石則是絕佳的熱沉材料，其熱導(dǎo)率最高可達(dá)2000W/(K·m)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于AIN和Cu。
作為熱沉材料，金剛石表現(xiàn)出優(yōu)異的散熱特性：一方面將集中于器件PN結(jié)的熱量能夠均勻迅速的沿熱沉表面擴(kuò)散；另一方面將熱量沿熱沉垂直方向迅速導(dǎo)出。據(jù)研究表明，將金剛石熱沉作為過(guò)渡熱沉燒結(jié)在銅熱沉上，可有效降低熱阻，即使在大電流條件下，亦可明顯改善半導(dǎo)體激光器散熱問(wèn)題，提高半導(dǎo)體激光器輸出特性。
然而，需要注意的是，金剛石在作為激光器熱沉時(shí)，需要解決其表面光潔度、金屬化及切割等技術(shù)難題，否則因?yàn)楸砻娲植诙斐蓸O高的接觸電阻，將會(huì)讓金剛石熱沉的散熱優(yōu)勢(shì)無(wú)法發(fā)揮?；戏e電采用MPCVD制備高質(zhì)量金剛石，并獨(dú)創(chuàng)金剛石原子級(jí)表面高效精密加工方法，將金剛石熱沉片表面粗糙度從數(shù)十微米級(jí)別降低至1nm以下。目前，采用化合積電金剛石熱沉的大功率半導(dǎo)體激光器已經(jīng)用于光通信，在激光二極管、功率晶體管、電子封裝材料等領(lǐng)域也有應(yīng)用。
熱沉材料除了金剛石外，還有其他的一些金屬?gòu)?fù)合材料，同時(shí)熱沉材料也廣泛運(yùn)用于消除功率電子器件和電路運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量。如果您還想了解更多熱沉材料的知識(shí)，可以咨詢蘇州思萃熱控，蘇州思萃以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)研發(fā)出多種熱沉材料，為眾多制造商量身定做熱管理方案。
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。
