科學家開發金剛石納米薄膜，可將充電速度提升5倍

金剛石具有無與倫比的導熱性。因此，這種材料是冷卻高功率密度電子元件（如處理器、半導體激光器或電動汽車中使用的元件）的理想材料。弗勞恩霍夫美國公司（Fraunhofer USA）是弗勞恩霍夫協會（?Fraunhofer-Gesellschaft）在國外的一家獨立子公司，該公司的研究人員成功開發出了由合成金剛石制成的薄晶圓納米膜，這種納米膜可以集成到電子元件中，將局部熱負荷減少多達十倍。這樣，電動汽車的行駛性能和使用壽命就可以提高。電池的充電時間也會大大縮短。

?

圖 獨立的多晶金剛石納米膜的照片

?

功率密度的增加和由此導致的電子元件的高散熱需要新的材料。金剛石的導熱性高，是銅的4 ~ 5倍。因此，當涉及到電力運輸、光伏或存儲系統中的冷卻電力電子設備時，它是一種特別有潛力的材料。到目前為止，用銅板或鋁板制作的散熱器增加了發熱部件的散熱面，從而防止了過熱造成的損壞。

?

位于密歇根州東蘭辛的中西部中心的弗勞恩霍夫美國公司的科學家們現在已經用人造鉆石開發出了比人類頭發還薄的納米膜。這種柔性材料可以直接集成到電子元件中，以冷卻電動汽車中的電力電子設備，將牽引能量從電池傳遞到電動機，并將電流從直流電轉換為交流電。弗勞恩霍夫美國公司開發的柔性電絕緣納米膜有可能將電子元件的局部熱負荷降低十倍，比如電動機中的電流調節器。因此，電動汽車的能源效率、使用壽命和道路性能都得到了顯著提高。另一個優點是，當用于充電基礎設施時，金剛石膜有助于將充電速度提高五倍。

圖 機械力作用下彈性彎曲的金剛石納米膜的SEM圖像

?

一般來說，在元件下方應用銅層可以改善熱流。但銅與元件之間存在電絕緣的氧化物或氮化物層，導熱性較差。弗勞恩霍夫美國中心中西部 CMW 鉆石技術小組負責人 Matthias Mühle 博士表示："我們希望用我們的金剛石納米膜取代這個中間層，它在將熱量傳遞到銅方面非常有效，因為金剛石可以加工成導電路徑，由于我們的薄膜是靈活且獨立的，因此它可以放置在組件或銅上的任何位置，或者直接集成到冷卻回路中。"

?

Mühle 和他的團隊通過在單獨的硅片上生長多晶金剛石納米膜，然后將其分離，將其翻轉并蝕刻掉背面的金剛石層來實現這一目標。這樣就形成了獨立、光滑的金剛石，可以在 80 攝氏度的低溫下加熱，然后附著到部件上。熱處理會自動將微米厚的薄膜粘合到電子元件上。 這樣鉆石就不再是獨立的，而是集成到系統中。該納米膜可以在晶圓級（4 英寸及更大）上生產，非常適合工業應用。該開發已申請專利。 逆變器和變壓器在電力運輸和電信等應用領域的應用測試將于今年啟動。

先進封裝設備類似前道晶圓制造設備，供應商受益先進封測產業增長。隨著先進封裝的發展，Bumping(凸塊)、Flip(倒裝) 、TSV 和 RDL(重布線)等新的連接形式所需要用到的設備也越先進。以長球凸點為例，主要的工藝流程為預清洗、UBM、淀積、光刻、焊料 電鍍、去膠、刻蝕、清洗、檢測等，因此所需要的設備包括清洗機、PVD 設備、光刻機、 刻蝕機、電鍍設備、清洗機等，材料需要包括光刻膠、顯影劑、刻蝕液、清洗液等。為促進行業發展，互通有無，歡迎芯片設計、晶圓制造、裝備、材料等產業鏈上下游加入艾邦半導體先進封裝產業鏈交流群。