金剛石，作為自然界已知最堅硬的材料，一直被譽為“材料之王”。而隨著電子器件越來越小、功率越來越高，散熱成為制約性能的“頭號難題”。傳統(tǒng)材料（如銅、硅）熱導率有限，而金剛石的熱導率是銅的 5倍以上，堪稱“散熱王者”！但天然金剛石儲量稀少，價格昂貴，難以滿足工業(yè)需求。同時大尺寸高導熱金剛石制備成本高、工藝復雜，那如何實現(xiàn)高效又經(jīng)濟的生產(chǎn)？

多晶金剛石散熱片的制備工藝

哈爾濱工業(yè)大學團隊采用 MPCVD技術，在真空環(huán)境中通過微波激發(fā)氣體（氫氣、甲烷、氮氣），讓碳原子在硅襯底上“生長”成金剛石。

關鍵突破

甲烷濃度：降低甲烷比例（從8%降至5%），減少雜質(zhì)碳沉積，提升晶體質(zhì)量。

生長溫度：提高溫度（930~950℃），促進晶粒橫向擴展，讓結構更致密。

實驗結果：高熱導率+低翹曲

該團隊制備了5組樣品（S1-S5），發(fā)現(xiàn)：

最優(yōu)性能：樣品S3（甲烷5%，溫度930℃）熱導率高達 1208 W/(m·K)，翹曲值僅37μm，遠超國際同類產(chǎn)品（如Element Six的1000-2200 W/(m·K)）。

速度與質(zhì)量的平衡：雖然降低甲烷會減緩生長速率（5.8 μm/h），但熱導率顯著提升，且翹曲更小，后期加工更容易。

通過X射線衍射和拉曼光譜分析發(fā)現(xiàn)：

<111>晶面主導：晶體排列更規(guī)整，減少晶界缺陷。

低甲烷+高溫：抑制非晶碳生成，晶粒尺寸更大，熱傳導路徑更暢通。

與國外領先企業(yè)Element Six和Sumitomo Electric Industries相比，本研究通過優(yōu)化工藝參數(shù)，實現(xiàn)了熱導率超過1200 W/(m·K)的多晶金剛石散熱片的制備，同時保證了較高的生長速率（5.8μm/小時）和較低的翹曲值（37μm）。通過后續(xù)工藝改進，有望實現(xiàn)更高速率下高導熱金剛石散熱片的制備，從而有效降低其生產(chǎn)成本。

這一突破性進展，不僅為多晶金剛石的研究和應用開辟了新路徑，也讓 MPCVD 技術再次成為行業(yè)焦點。

國內(nèi)的MPCVD設備，普遍已經(jīng)發(fā)展從3KW-6KW-10KW-15KW的普遍工業(yè)化應用，而30KW和50KW的超高功率裝置，也已經(jīng)開始少量出貨交付。甚至可單爐生長8英寸多晶產(chǎn)品，如用于單晶金剛石的生長，單爐可穩(wěn)定產(chǎn)出489片尺寸為7*7mm的單晶金剛石。

如此大規(guī)模的尺寸和工業(yè)應用，多晶金剛石的激光剝離設備和單晶金剛石的激光切片設備，均需激光行業(yè)的大力發(fā)展和技術提升。

河南合贏激光科技有限公司，近2年已聯(lián)合中國超硬材料基地（河南）（“世界超硬材料看中國，中國超硬材料看河南”），成功開發(fā)出了單晶金剛石的激光切片切邊設備（人工培育鉆石激光切割機、人工鉆石激光切割機、鉆石激光切割機），并在實驗室開始了多晶金剛石的激光剝離設備的測試，以及水導激光切割多晶金剛石和單晶金剛石的工業(yè)測試階段，如行業(yè)內(nèi)有需要測試，可聯(lián)系我們接洽。

未來應用前景

多晶金剛石散熱片在以下領域具有廣闊的應用前景：

高性能電子器件散熱：多晶金剛石散熱片可廣泛應用于高功率電子器件（如5G基站、激光器、功率放大器等），解決散熱瓶頸，提升器件性能和壽命。

半導體行業(yè)：在集成電路、CPU、GPU等芯片中，多晶金剛石可作為高效散熱材料，滿足微型化、高功率化的發(fā)展需求。

5G/6G通信：用于射頻器件和功率放大器的散熱。

新能源汽車：用于電動汽車的功率模塊（如IGBT）散熱，提高能源利用效率，延長電池壽命。

航空航天領域：在高溫、高功率密度的航空航天電子設備中，多晶金剛石散熱片可提供優(yōu)異的散熱性能，保障設備穩(wěn)定運行。

LED照明：用于高亮度LED的散熱基板，降低工作溫度，提高發(fā)光效率和壽命。

通過不斷優(yōu)化制備工藝，多晶金剛石散熱片有望成為未來高效散熱解決方案的重要組成部分，為電子器件的性能提升提供強有力的支持。

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