台钻科技(郑州)有限公司在钻石半导体、钻石晶体生长及钻石工具研究、开发、制造均领先全世界3至10年。苑执中博士接受专访表示,钻石半导体能研发成功的话将会对高功率LED芯片产生革命性影响。详细>>
 
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·宋建民:从钻石的散热及发光看超级LED设计

  人造钻石粒以铜渗透制成上下二层金属,中间为钻石的钻铜导热板。这种复合材料不仅热传导率远高于现有的铜、铝散热片,它的热膨胀率更可调整,使其与半导体的芯片接近。这样钻铜导热板就可直接和芯片焊合,避免热流被散热膏阻断。在高功率的电子产品中利用钻铜导热板可以解决散热的问题。
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  在LED的金属基板上镀一层DLC薄膜,形成高性能导热镀膜,能使LED芯片所产生的热量快速散去,降低LED芯片温度,使LED芯片在更低的温度下工作,降低LED亮度衰减、延长寿命。
PCB With DLC
  散热对 LED 照明来说一直是最让 LED 应用工程师头疼的问题,随着温度的升高亮度会降低,甚至烧毁。随着 LED 的功率增大,散热问题尤为突出,从早期的环氧树脂 PCB 板到如今的铝基板PCB,工程师们都在尽可能增大基座的散热,但是仍然不是很理 想。目前的铝基板是在铝基上使用 Expoxy 做绝缘层,然后 Expoxy 上制作所需电路。环氧树脂的导热系数 (0.5 W/mK) 比铝 (275 W/mK) 低数百倍, LED芯片上产生的热很难散开。 DRC 以比铜导热系数 (400 W/mK) 更高的 DLC(500 W/mK) 隔离铝基板和铜导线,因此可以达到显著的散热效果。 DLC 镀层的印刷电路板 (Print Circuit Board , PCB) 已经开始量产,供应台湾多家 LED 制造商。

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  工业钻石磨粒可以铜或铝渗透制成钻石金属(钻金)散热片。这种复合材料不仅热传导率远高于现有的铜散热片,它的热膨胀率更可调整使其与半导体的芯片同步。这样钻金散热片就可直接和芯片焊合,避免热流被散热膏阻断。本文不仅详述钻金散热片的设计理念,也提供诸多的实测结果,更建议低价的制造方法作为未来避免计算机CPU芯片温度失控的参考。 钻石散热片
  钻石在常温的热传导率是铜的五倍,而其热扩散率更是十倍以上。钻石可把芯片的废热带走,也能实时降低芯片的温度梯度,这样就可避免热点在瞬间升温太高。 钻石不仅散热快而且热胀小,它的抗压强度(500 GPa)也远远超过其它材料(< 10 GPa)。尤有进者,钻石抗电压的能力(崩溃电压)更遥遥领先其它散热材料。这意味着以钻石膜做为封装结构时,CPU的电压及功率可以大幅增加而使计算机的性能如虎添翼。
  虽然钻石的散热效果良好,但因价格昂贵,并不适合大量用在CPU上。有鉴于此,以宋健民发明之钻石结合金属的复合材料(见文献)为基础,利用廉价(每克拉1毛美元)工业钻石磨粒为骨材,再以铜渗透其间,制成钻铜散热片。
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  传统的钻石锯齿由于无法控制钻石磨粒在金属基材中的分布状况,使得钻石磨粒无法被充分利用,因此一直无法克服切割速度慢与切割寿命短的问题,有鉴于此,笔者于 1997 年即提出一个新的钻石工具设计概念并申请专利,此专利设计主要是控制钻石磨粒在钻石工具中的分布,此分布属于一种强制性的排列,其形式是可以依不同的应用做调整。此种设计目前已被广泛地应用到半导体工业中的化学机械研磨制程的研磨垫修整器上,并成为一种标准设计。而韩国的钻石工具制造商 Shinhan 公司也应用了这个概念并将其用于制造切割用的钻石锯齿上,其结果也显示此设计较传统的钻石锯齿在切割速度与切割寿命上可以得到大幅的改善。
  钻石锯是修桥 、铺路 、钻洞、建筑不可或缺的利器,钻石锯乃含极多砂子般大小(20至60筛目)的钻石磨粒,全球每年使用约800公吨的钻石磨粒。
  钻石锯的圆盘外围焊上了锯齿 。钻齿乃以钻石磨粒和金属粉末(如:钴、青铜)混拌再经冷压成形及热压烧结而成。由于金属粉末(微米级)比钻石小多,它的比重(约 8.5)比钻石(3.5)又大很多,两者在混拌时容易分离,因此钻石磨粒在锯齿内的分布很不均匀。
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  钻石是具有最多极端性质的材料,钻石不仅硬度最高,早已广泛(每年350公吨)用于超级磨炓(Superabrasive);而且传热最快,是最有效的散热材料;甚至振动最急,是最高频的表面波介质(如SAW滤波器)。钻石的其他优越性质的组合使钻石能成为解决高难度应用的梦幻材料。例如:以钻石制成飞行器的雷达罩,不仅雷达波能进出自如,而且还有很多其他优点;其滑溜性可降低雷达罩与空气摩擦的生热,其冷却性可避免雷达罩温度过高,其抗磨性可防止雷达罩磨损消耗,其抗压强度可使雷达罩承受高加速(例如:起飞时)的g值,其低热膨胀率可使雷达罩不因骤冷(如遇雨时)而破裂......等等。
  以钻石一些其他极端性质的组合也可用以解决实用性的应用问题。例如可将之制成电极而用以快速(数分钟)的方法决定小量样品中的成份。甚至显示出样品成份的微妙特征,并以此「指纹成份」来判定样品的来源。这种技术对工业材料的分析(如环保的污染源),乃至犯罪证物的判别(如衣裤上的沾粘物),其重要性不言可喻。

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