什么是金刚石散热器？

什么是金刚石散热器？

金刚石散热器是用于散热的人造（或实验室培育的）金刚石薄片（通常 ≤2 mm），通常放置在热源和热沉之间。

人们通常不会将金刚石与热管理或用于控制热量的材料和技术联系在一起，尤其对于电子设备。

但事实上，金刚石不仅“恒久远”，而且还是出色的热导体，用于在专业的高性能电子设备中消散可能具有破坏性的热量。

许多电子元件在工作时会变热，消除这种热量对于确保元件的良好性能和长使用寿命至关重要。热量可能会改变电子元件的特性，使它们变得低效，久而久之甚至会造成损坏。热管理是一门旨在驱走元件中热量的科学。

虽然金刚石以其硬度而闻名，但实际上它还有另外两种特性（即，导电性和导热性），它们是金刚石在散热器中得到广泛使用的关键。

一种优于铜或碳化硅的出色导体

材料传递热量的能力以导热率来衡量。导热率的测量单位是瓦/米·开尔文 (W/mK)。导热率为 1 W/mK 的材料每当温度变化 1 开尔文（或摄氏度），可在 1 米厚的范围内传递 1 瓦的热量。

铜常用于带走电子元件中的热量。铜的导热率约为 400 W/mK，因此成为了许多应用的好选择。但是，铜比较重，而且容易失去光泽和腐蚀。在微电子领域、恶劣环境中或在一丝一毫的重量都至关重要的航空航天领域，铜并不是用于进行热管理的理想材料。而且，铜是良好的电导体，当用于电子器件的热管理时，可能会导致工程方面的难题。

金刚石是由普通碳排列而成的晶体，其导热率高达 1,500-2,200 W/mK，高于任何一种材料，大约是铜的五倍。为什么金刚石具有这么好的导热能力？ 关键在于其结构。

金刚石结构图。

金刚石具有立方晶体结构。每个碳原子以共价方式与其他四个碳原子键合在一起，形成一个四面体（金字塔形状）。这种结构中没有自由电子，因此金刚石不导电。铜等常见的热导体有自由电子，因此具有很高的导电性。这些热导体可以利用外围电子进行热传递。金刚石不导电，因此只能通过原子振动来传递热。金刚石的刚性连续晶体结构使得这些振动可以很快扩散到整块金刚石，然后转化为快速导热。

纯度是决定金刚石导热性的关键。金刚石中的杂质可能会减慢或扰乱晶格振动的扩散，导致导热效率下降。（有些杂质甚至可能会改变金刚石的关键特性。例如，天然蓝金刚石含有硼，因此可作为半导体。）

金刚石的晶体结构还使其十分耐受酸、碱基、氧化剂和其他化学物质。金刚石是已知最坚硬的天然材料。（存在更坚硬的特种人造材料，但它们不具备金刚石的其他独特特性。）

金刚石是适用于高性能微电子器件热管理的上佳材料。金刚石散热器的导热性能比铜或铝高得多，不导电，重量轻，耐腐蚀，而且非常耐用。

为什么金刚石是优于铜、铝或碳化硅的选择

之所以说金刚石是比铜、铝或碳化硅等其他材料更好的热导体，原因有几个：

导热率：金刚石的导热率介于 1,500-2,200 W/mK 之间，是已知最高的。铜的导热率为 400 W/mK，铝的导热率为 220 W/mK。

热稳定性：金刚石不会随着温度变化而发生明显的膨胀或收缩，这意味着能在很大温度范围内保持非常稳定。金刚石还能在很大温度范围内保持导热率。对于空间非常宝贵的微电子器件，这两种特性至关重要。