金刚石，除了作为受人推崇的钻石原石外，还具有超高热导率、高电阻率和高击穿场强、低介电常数、低热膨胀等特点，因此在电子封装领域具有广泛的应用前景。早在六十年代，就已经开始用金刚石作散热材料的尝试。高导热的金刚石还是高功率半导体激光器封装的绝佳的热沉材料。
一、半导体激光器对热沉封装的要求
高功率半导体激光器具有光电效率高、易调制、体积小、重量轻等优点，广泛应用于激光通信、激光打印、医疗仪器等方面。随着高功率半导体激光器的发展，高功率半导体激光器在工作时，有源区会产生大量的热，降低了激光器的输出功率、电光转换效率，甚至减少激光器使用寿命或者导致激光器失效等。
目前，半导体激光器最主要的散热方式是通过热沉来散热。如上图所示，高功率半导体器件一般是在铜热沉基础上加过渡热沉，常用的过渡热沉材料有氮化铝、氧化铝、氧化铍、钨铜合金、钼铜合金等。高功率半导体激光器封装对过渡热沉的要求主要有两方面：1.低热阻：过渡热沉热导率越高越可以有效地降低激光器热阻。2.低热失配：芯片与过渡热沉的热膨胀系数失配产生热应力，热应力会影响半导体激光器的输出功率、光谱宽度、可靠性等，因此选用与激光器芯片热膨胀系数更加匹配的热沉材料。二、金刚石热沉片是半导体激光器的绝佳选择
热沉材料由于要与芯片紧密贴装，需要考虑以下两大基本性能要求 ：
1、高热导率和匹配的热膨胀系数。通过高热导率实现快速散热，保证芯片在适宜的温度下正常工作。2、通过匹配的热膨胀系数，减小热沉、芯片以及各封装材料之间的热应力，避免开裂脱离等导致芯片过烧的情况发生。
图 常用散热基板材料的热物理性能热沉材料的升级和发展，实质是热导率和热膨胀系数不断优化的过程。目前高功率半导体激光器普遍使用的散热材料是氮化铝热沉，将其作为过渡热沉烧结在铜热沉上。目前金刚石热沉材料的热导率最高达到2000W/(K·m)，相比于热导率为230/(K·m)的氮化铝过渡热沉，金刚石热沉的高导热率作为高功率半导体激光器的过渡热沉可显著提高激光器的散热效果。氮化铝热膨胀系数接近芯片，相比于金刚石热沉，氮化铝热沉封装芯片热失配度更低，因此金刚石作为半导体激光器的过渡热沉，一般可采用软焊料封装减少热失配引入的热应力。金刚石具有极高的热导率，是铜（仅为4W/K·cm）的5倍，作为高功率半导体激光器封装热沉，表现出优异的散热特性：一方面将集中于器件PN结的热量能够均匀迅速的沿热沉表面扩散；另一方面将热量沿热沉垂直方向迅速导出。天然金刚石由于成本问题无法应用于半导体激光器封装，目前金刚石用作热沉材料主要有两种形式，即金刚石薄膜（CVD金刚石膜）和将金刚石与铜、铝等金属复合。金刚石薄膜目前其制备技术已相对成熟，但由于金刚石薄膜的低热膨胀，难与金属润湿、焊接等特点，导致金刚石薄膜与其它器件和焊料的组装及应用过程中受到了很大限制，需要解决表面光洁度、平行化、金属化及切割等问题。金刚石与铜、铝等金属复合材料是国内外先进热沉材料的新宠，通过调节金刚石体积分数实现高热导和可调热膨胀，可满足系统散热和组装工艺的要求，被誉为第三代热管理材料。热沉，英文heat sink，也称吸热器或再散热器或热沼，是指它的温度不随传递到它的热能的大小变化而变化，它可以是大气、大地等物体。热沉在电子工程的领域中被归类为“被动性散热元件”，以导热性佳、质轻、易加工的金属或非金属或复合材料（多为铝或铜，碳化硅，碳化硅铝等）贴附于发热表面，以复合的热交换模式来将热传递到流体介质如空气、液体冷却剂中或附加的散热器。在电子封装上是指微型散热片，用来冷却电子芯片的装置。热沉相关的企业有：公司名称 | 主营产品 |
Innomat | 热沉材料 |
PeppergrayTech.Ltd | 热沉 |
安泰天龙钨钼科技有限公司 | 陶瓷承烧板、高温炉热场、热沉材料 |
佛山华智 | 封装，热沉 |
海特信科新材料科技有限公司 | 热沉产品，IGBT铜针板，钨铜钼铜CPC CMC等 |
河北星耀新材料科技有限公司 | 高强高导弥散铜h热沉材料 |
江苏鼎启科技有限公司 | 热沉材料，HTCC浆料 |
晶鼎光电 | 射频端子，陶瓷热沉，DPC，金属化窗口 |
炬光科技 | LD及光学元器件，半导体封装热沉 |
觉芯电子 | 陶瓷热沉，光窗 |
南京瑞为新材料 | 芯片热沉材料 |
诺星航空科技 | 热沉材料 陶瓷基板等 |
湃泊科技有限公司 | 热沉 |
青岛景晟电子科技有限公司 | 钼铜等热沉，薄膜电路，LTCC |
赛创电气（铜陵）有限公司 | DPC陶瓷基板，激光热沉 |
厦门轻广科技有限公司 | 热沉材料 |
山西烁科晶体有限公司 | 碳化硅衬底，热沉 |
山西烁科晶体有限公司 | 碳化硅衬底、热沉 |
陕西中天火箭技术股份有限公司 | 钨铜热沉 合金散热底板 |
上海大学 | 热沉材料 |
上海六晶科技股份有限公司 | 钨铜钼铜等热沉材料 |
深圳市汇光芯创光电技术有限公司 | 热沉、COB Lens、测试线缆、测试仪器、测试设备系统等 |
深圳市湃泊科技有限公司 | 陶瓷热沉 |
西安创正新材料有限公司 | 铝碳化硅复合材料热沉，IGBT基板热沉 |
西安智慧谷科技研究院有限公司 | 半导体和通讯类陶瓷热沉， |
浙江前沿半导体材料有限公司 | 激光、微波热沉材料 |
浙江实利合新材料科技有限公司 | 热沉产品 |
中天火箭 | 封装热沉材料开发 |
珠海菲高科技股份有限公司 | 热沉散热器件，半导体封装材料引线框架 |
陶瓷封装产业链从芯片、陶瓷封装产品（陶瓷外壳、基板及覆铜板等）、封装环节到最终封装成型的电子产品，如光通信元件、汽车ECU、激光雷达、图像传感器、功率半导体等；设备方面包括装片机、固晶机、塑封机、键合机、检测设备等；材料包括氧化铝、氮化铝、氮化硅、金属浆料、引线框架、包封材料、键合丝等；艾邦建有陶瓷封装全产业链微信群，欢迎陶瓷封装产业链上下游加入，请您识别二维码加入。
原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：半导体激光器热沉封装的绝佳选择：金刚石热沉片
