晶品分享：現(xiàn)代微電子技術(shù)發(fā)展迅速，電子系統(tǒng)及設(shè)備向大規(guī)模集成化、微型化、高效率、高可靠性等方向發(fā)展。電子系統(tǒng)集成度的提高將導(dǎo)致功率密度升高，以及電子元件和系統(tǒng)整體工作產(chǎn)生的熱量增加，因此，有效的封裝必須解決電子系統(tǒng)的散熱問題。
良好的器件散熱依賴于優(yōu)化的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、封裝材料選擇（熱界面材料與散熱基板）及封裝制造工藝等。其中，基板材料的選用是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響到器件成本、性能與可靠性。一般來說，電子封裝材料的應(yīng)用需要考慮兩大基本性能要求，首先是高的熱導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)熱量的快速傳遞，保證芯片可以在理想的溫度條件下穩(wěn)定工作；同時(shí)，封裝材料需要具有可調(diào)控的熱膨脹系數(shù)，從而與芯片和各級(jí)封裝材料保持匹配，降低熱應(yīng)力的不良影響。而電子封裝材料的發(fā)展軌跡是對(duì)這兩項(xiàng)性能的不斷提高與優(yōu)化。
新型封裝基板材料當(dāng)然還需要考慮其他性能，譬如具備高電阻率、低介電常數(shù)、介電損耗、與硅和砷化鎵有良好的熱匹配性、表面平整度高、有良好的機(jī)械性能及易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，所以新型封裝基板材料的選擇是各國(guó)競(jìng)相研發(fā)的熱點(diǎn)。 目前幾種常用的封裝基板有Al2O3陶瓷、SiC陶瓷、AlN等材料。
早在1929年德國(guó)西門子公司成功研制Al2O3陶瓷，但是Al2O3的熱膨脹系數(shù)和介電常數(shù)相對(duì)Si單晶而言偏高, 熱導(dǎo)率也不夠高, 導(dǎo)致Al2O3陶瓷基片并不適合在高頻、大功率、超大規(guī)模集成電路中使用。
隨之高導(dǎo)熱陶瓷基片材料SiC、 AlN、SI3N4、金剛石逐步進(jìn)入市場(chǎng)之中。
SiC陶瓷的熱導(dǎo)率很高,且SiC結(jié)晶的純度越高熱導(dǎo)率越高；SiC最大的缺點(diǎn)就是介電常數(shù)太高, 而且介電強(qiáng)度低,所以限制了它的高頻應(yīng)用, 只適于低密度封裝。
AlN材料介電性能優(yōu)良、化學(xué)性能穩(wěn)定, 尤其是它的熱膨脹系數(shù)與硅較匹配等特點(diǎn)使其能夠作為很有發(fā)展前景的半導(dǎo)體封裝基板材料。但熱導(dǎo)率低，隨著半導(dǎo)體封裝對(duì)散熱的要求越來越高，AlN材料也有一定的發(fā)展瓶頸。
最終金剛石脫穎而出，金剛石具有很好的綜合熱物理性能，其室溫下的熱導(dǎo)率為700～2200W/（m·K），熱膨脹系數(shù)為0.8×10-6/K，在半導(dǎo)體、光學(xué)等方面具有很多優(yōu)良特性，但單一的金剛石不易制作成封裝材料，且成本較高。
研究人員們根據(jù)混合法則，將金剛石顆粒加入Ag、Cu、Al等高導(dǎo)熱金屬基體中制備的金剛石/金屬基復(fù)合材料，有望成為一種兼具低熱膨脹系數(shù)和高熱導(dǎo)率的新型電子封裝材料。依據(jù)銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和高的導(dǎo)熱性能，研發(fā)出了金剛石/銅復(fù)合材料作為電子封裝的基板材料，并證實(shí)了金剛石/銅復(fù)合材料具有較好的可鍍覆性和可焊性，符合電子封裝基片材料低熱膨脹系數(shù)和高熱導(dǎo)率的使用性能要求，且與Mo/Cu合金相比，密度更小、質(zhì)量更輕，因此以金剛石為增強(qiáng)相、銅為基體材料的金剛石/銅復(fù)合材料，可以用于芯片封裝，可提高電子裝備系統(tǒng)性能且有利于減輕裝備重量。
隨著材料、器件等各方面技術(shù)問題的不斷攻克，金剛石成為集熱導(dǎo)率高、散熱性好等優(yōu)點(diǎn)于一身的基板材料，在較高溫度環(huán)境下應(yīng)用前景廣闊，是制造低功耗、高功率密度器件的最佳半導(dǎo)體材料，其巨大的潛力吸引著越來越多的研究者投身其中。金剛石的潛力將逐漸得到開發(fā)，滿足未來半導(dǎo)體行業(yè)的需求，并在半導(dǎo)體電子封裝材料中占據(jù)一席之地。
