雷達電子設(shè)備組件金剛石/銅復(fù)合材料散熱基板熱性能研究

研究背景

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代電子設(shè)備愈發(fā)往體積小、重量輕的方向發(fā)展，性能和功能越來越強大，集成度越來越高，內(nèi)部熱量的排散問題就更為突出。

傳統(tǒng)的散熱材料如W-Cu和Mo-Cu合金，第二代的SiC/Al以及Si/Al等復(fù)合材料，其導(dǎo)熱性能已經(jīng)無法滿足高熱流密度電子設(shè)備日益增長的散熱、封裝需求。此外，高熱導(dǎo)率只是優(yōu)質(zhì)電子散熱、封裝材料的一個最基本的性能要求，還需要更進一步考慮實際工況下的溫度載荷導(dǎo)致的各個封裝部件之間的熱應(yīng)力影響，這就要求封裝材料的熱膨脹系數(shù)與芯片或其余部件相差不能太大，否則工作一段時間后熱應(yīng)力集中有可能破壞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致器件失效，大大降低可靠性。

研究內(nèi)容

南京航空航天大學(xué)李金旺團隊結(jié)合高熱流密度電子設(shè)備的散熱和封裝需求，研發(fā)出了高導(dǎo)熱金剛石/銅復(fù)合材料，并對該高導(dǎo)熱材料應(yīng)用在雷達電子設(shè)備組件基板時的熱性能進行了研究。

研究結(jié)果

對金剛石/銅高導(dǎo)熱復(fù)合材料用作雷達電子設(shè)備組件散熱基板時的傳導(dǎo)熱阻進行了分析計算，發(fā)現(xiàn)散熱基板存在一個最佳厚度，其最佳厚度約為基板半徑的0.34倍，且隨著外界對流換熱系數(shù)與散熱面積的增加，導(dǎo)熱熱阻占總熱阻的比例將高達60%以上，此時提高基板的熱導(dǎo)率對散熱效果的改善比較明顯。

分析了在雷達電子設(shè)備組件基板中采用金剛石/銅高導(dǎo)熱復(fù)合材料替代傳統(tǒng)鋁合金材料的工程應(yīng)用效果，結(jié)果顯示隨著熱流密度從100W/cm2提升到1000W/cm2，使用兩種材料散熱基板的芯片的溫差從4.84℃增加到57.38℃，功率密度每提升100W/cm2，二者的溫差就會增加5℃左右。

來源：Functional Diamond

審核編輯：湯梓紅