中國粉體網訊 金剛石/銅復合材料作為優異的散熱材料之一，具有密度低、熱導率高及熱膨脹系數可調等優點，有望解決未來高熱流密度電子器件的封裝和散熱難題。
技術背景
新技術時代下，電子信息制造業已迅猛發展成為我國重要的經濟支柱，國家科技發展綱要把高端芯片和極大規模集成電路制造業列為重大專項。現階段，為了追求更快的運算速度和更復雜的功能，電子器件集成度越來越高，特征尺寸越來小，這樣將導致功率密度大幅提高，單位面積散熱量迅速增加。
如何將產生的大量熱量轉移出去，已成為電子器件安全、穩定、高效工作的關鍵。
由于銅和金剛石具有優異的導熱性能和較低的熱膨脹性，金剛石顆粒分散在銅基體中構成的復合材料具有較高的熱導率、合適的熱膨脹系數和優異的力學性能等優點，因此在高性能散熱材料領域具有廣闊的應用前景。
關鍵性能指標
熱導率與熱膨脹系數是評價金剛石/銅復合材料熱學性能優劣的兩個關鍵性能指標。這兩個指標同時受復合材料成分（主要指金剛石顆粒粒徑與體積分數）、制備工藝等影響。
1.復合材料成分
在金剛石/銅復合材料中，一般使用粒徑為幾十到幾百微米的金剛石顆粒，通過改變金剛石所占的體積分數來調控復合材料的導熱性能，即在復合材料成分中，金剛石顆粒粒徑與體積分數是影響其導熱性能的主要因素。
金剛石體積分數對金剛石/銅復合材料熱導率與熱膨脹系數的影響
2.制備工藝
目前，金剛石/銅復合材料的制備方法有很多種，主要包括粉末冶金法、高溫高壓法、放電等離子燒結法、壓力浸滲法、無壓浸滲法、真空熱壓浸滲法及復合電沉積法等。在各制備方法中，溫度與壓強是制備過程中兩個重要工藝參數。
溫度與壓強對金剛石/銅復合材料熱導率的影響
眾多研究成果顯示，隨著金剛石顆粒粒徑和體積分數以及相關制備工藝參數的改變，金剛石/銅復合材料的熱導率會發生較大的改變，而熱膨脹系數隨金剛石體積分數影響較大。針對需要熱膨脹系數相匹配的應用場合，可通過試驗的方法優先找到合適熱膨脹系數下的金剛石體積分數，再通過改變其他參數來提高復合材料的熱導率，最終獲得所需的高導熱金剛石/銅復合材料。
元素六散熱方案
元素六（Element Six）是全球領先的金剛石技術解決方案供應商。針對高功率電子器件散熱難題，公司最新推出的Cu-Diamond復合材料通過創新設計實現熱導率800-1000 W/(m·K)，較純銅提升2-2.5倍，同時將熱膨脹系數（CTE）精確控制在7.2-10.5 ppm/K，與GaN/SiC芯片形成理想匹配。材料采用梯度分布技術，在保證超高導熱性能的同時，實現熱循環穩定性提升，可在極端熱疲勞測試中下保持結構完整性。
銅-金剛石復合材料（樣品） 圖源：元素六官網
Cu-Diamond復合材料核心優勢包括：
1.動態調節能力：通過優化金剛石體積分數和粒徑，實現導熱率，熱膨脹系數與機械強度的精準平衡，高度匹配最終應用場景；
2.可靠性保障：極低的界面熱阻，抗熱疲勞壽命大幅提升；
3.封裝兼容性：表面可鍍覆Au/Ni等金屬層，支持共晶焊、燒結等主流工藝，滿足3D封裝需求；
4.材料提供多樣化選擇：標準尺寸和厚度幾乎全覆蓋，最薄0.25mm，可定制階梯式、曲面及微孔結構。
該解決方案是高功率密度半導體器件應用的理想散熱器選擇，包括：高性能計算的高端人工智能芯片、國防和無線通信的射頻功率放大器、可靠功率轉換的功率模塊以及高功率半導體激光器。
2025年5月28日，中國粉體網將在江蘇·蘇州舉辦“第二屆高導熱材料與應用技術大會暨導熱填料技術研討會”。屆時，我們邀請到Element Six（元素六）亞洲戰略業務總監秦景霞出席本次大會并作題為《高性能金剛石銅復合材料散熱解決方案》的報告。本報告將具體介紹金剛石銅復合材料的制備工藝、技術優勢以及行業展望。
個人簡介
秦景霞，Element Six（元素六）亞洲戰略業務總監，畢業于湖南大學機械設計制造及其自動化專業，深耕于金剛石，立方氮化硼，硬質合金等超硬材料的各種工業應用以及前沿應用十余年，立足國際領先品牌平臺，借力中國超硬材料制品行業的產業集群優勢，熟知相關產品的各類傳統應用，前沿應用，及各行業發展的脈動趨勢。
參考來源：
1.元素六官網，中國粉體網
2.王魯華.銅／金剛石復合材料的界面結構與導熱性能.北京科技大學
3.王子揚等.界面導熱對銅/金剛石復合材料熱導率的影響分析.工程熱物理學報
4.李明君等.高導熱金剛石/銅復合材料研究進展.中國表面工程
（中國粉體網編輯整理/輕言）
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