金剛石散熱器是用于散熱的人造（或實驗室培育的）金剛石薄片（通常 ≤2 mm），通常放置在熱源和熱沉之間。
人們通常不會將金剛石與熱管理或用于控制熱量的材料和技術聯系在一起，尤其對于電子設備。
但事實上，金剛石不僅“恒久遠”，而且還是出色的熱導體，用于在專業的高性能電子設備中消散可能具有破壞性的熱量。
許多電子元件在工作時會變熱，消除這種熱量對于確保元件的良好性能和長使用壽命至關重要。熱量可能會改變電子元件的特性，使它們變得低效，久而久之甚至會造成損壞。熱管理是一門旨在驅走元件中熱量的科學。
雖然金剛石以其硬度而聞名，但實際上它還有另外兩種特性（即，導電性和導熱性），它們是金剛石在散熱器中得到廣泛使用的關鍵。
一種優于銅或碳化硅的出色導體
材料傳遞熱量的能力以導熱率來衡量。導熱率的測量單位是瓦/米·開爾文 (W/mK)。導熱率為 1 W/mK 的材料每當溫度變化 1 開爾文（或攝氏度），可在 1 米厚的范圍內傳遞 1 瓦的熱量。
銅常用于帶走電子元件中的熱量。銅的導熱率約為 400 W/mK，因此成為了許多應用的好選擇。但是，銅比較重，而且容易失去光澤和腐蝕。在微電子領域、惡劣環境中或在一絲一毫的重量都至關重要的航空航天領域，銅并不是用于進行熱管理的理想材料。而且，銅是良好的電導體，當用于電子器件的熱管理時，可能會導致工程方面的難題。
金剛石是由普通碳排列而成的晶體，其導熱率高達 1,500-2,200 W/mK，高于任何一種材料，大約是銅的五倍。為什么金剛石具有這么好的導熱能力？ 關鍵在于其結構。
金剛石結構圖
金剛石具有立方晶體結構。每個碳原子以共價方式與其他四個碳原子鍵合在一起，形成一個四面體（金字塔形狀）。這種結構中沒有自由電子，因此金剛石不導電。銅等常見的熱導體有自由電子，因此具有很高的導電性。這些熱導體可以利用外圍電子進行熱傳遞。金剛石不導電，因此只能通過原子振動來傳遞熱。金剛石的剛性連續晶體結構使得這些振動可以很快擴散到整塊金剛石，然后轉化為快速導熱。
純度是決定金剛石導熱性的關鍵。金剛石中的雜質可能會減慢或擾亂晶格振動的擴散，導致導熱效率下降。（有些雜質甚至可能會改變金剛石的關鍵特性。例如，天然藍金剛石含有硼，因此可作為半導體。）
金剛石的晶體結構還使其十分耐受酸、堿基、氧化劑和其他化學物質。金剛石是已知最堅硬的天然材料。（存在更堅硬的特種人造材料，但它們不具備金剛石的其他獨特特性。）
金剛石是適用于高性能微電子器件熱管理的上佳材料。金剛石散熱器的導熱性能比銅或鋁高得多，不導電，重量輕，耐腐蝕，而且非常耐用。
為什么金剛石是優于銅、鋁或碳化硅的選擇
之所以說金剛石是比銅、鋁或碳化硅等其他材料更好的熱導體，原因有幾個：
1. 導熱率：金剛石的導熱率介于 1,500-2,200 W/mK 之間，是已知最高的。銅的導熱率為 400 W/mK，鋁的導熱率為 220 W/mK。
2. 熱穩定性：金剛石不會隨著溫度變化而發生明顯的膨脹或收縮，這意味著能在很大溫度范圍內保持非常穩定。金剛石還能在很大溫度范圍內保持導熱率。對于空間非常寶貴的微電子器件，這兩種特性至關重要。
3.?耐腐蝕性：金剛石不受強酸、堿基甚至有機溶劑的影響。
4.?導電性：金剛石不導電，是一種很好的絕緣體。
5.?耐用性：金剛石是已知最堅硬的材料之一。
6.?重量輕：金剛石比銅等其他常見的導熱材料更輕便。
7.?透明度：有些金剛石是透明的。
金剛石散熱器是如何制造的
金剛石散熱器的制造方式類似于其他人造金剛石材料。強烈的微波沖擊甲烷氣體，釋放出碳原子，這些碳原子在金剛石種晶層周圍結晶。金剛石晶片隨著時間的推移慢慢形成。金剛石散熱器可以做成多種形狀和尺寸，但其厚度通常僅為 2 mm 甚至更薄。金剛石散熱器多為不透明和黑色，但可以根據需要做成透明。金剛石散熱器的切割和塑形需要使用強大的激光器或其他具有金剛石表面的切割工具。
金剛石散熱器有哪些應用？
金剛石散熱器適用于工程師需要高效、輕便、耐用且絕緣的熱導體的任何情況，金剛石散熱器通常用于數據中心的高性能計算、LED 照明系統、電動汽車、射頻 (RF) 發射器和高功率激光器。
此外，金剛石散熱器對于必須承受極端條件的設備（例如衛星或飛機的微電子器件）尤其有用。由于重量輕，非常耐用，具有電絕緣特性，且能夠在極端溫度下傳遞熱，因此金剛石散熱器是許多航空航天應用的理想選擇。
金剛石散熱器通常放置在發熱電子元件和以碳化硅、銅或鋁等其他材料制成的大型無源散熱器之間。可將熱能從電子器件快速轉移到這些大型無源或有源散熱器，再由這些散熱器徹底消散熱能。
來源：Coherent Corp
原文鏈接：https://www.coherent.com/zh/news/glossary/diamond-heat-spreader
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