Die nackten Fakten über Diamant-Wärmeverteiler

Diamant-Wärmeverteiler, auch als Diamant-Wärmeableiter oder Diamant-Kühlkörper bekannt, sind passive Bauteile aus synthetischem Diamant, die dazu beitragen, potenziell schädliche Wärme abzuleiten, die in vielen elektronischen und photonischen Bauelementen entsteht. Beispiele hierfür sind Hochleistungs-HF-Bauelemente für die Satellitenkommunikation, Hochleistungs-Laserdioden, Hochleistungs-Laserspiegel und Scheibenlaser.

Ein typischer Diamant-Wärmeverteiler ist ein dünner (bis zu 2 mm) Streifen aus synthetischem Diamant, der zwischen der Wärmequelle und einem aktiv oder passiv gekühlten Kühlkörper platziert wird. Ein guter mechanischer Kontakt ist unerlässlich; in vielen Anwendungen wird gelötet oder hartgelötet, gelegentlich wird stattdessen auch eine mechanische Klemmung verwendet. Diese Diamant-Wärmeverteiler bieten gegenüber herkömmlichen Materialien für das Wärmemanagement wie Kupfer oder Aluminium mehrere Vorteile, was sie in Anwendungen wertvoll macht, in denen eine effiziente Wärmeableitung entscheidend ist. 

Eine einzigartige Kombination aus elektrischen und thermischen Eigenschaften

Diamant ist zwar allgemein für seine Härte bekannt, doch gibt es noch zwei weitere Eigenschaften – seine elektrischen und thermischen Eigenschaften –, die für den rasch zunehmenden Einsatz von Diamant in Wärmeverteilern entscheidend sind.

Höchste Wärmeleitfähigkeit. Diamant ist ein außergewöhnlicher Wärmeleiter mit einer Wärmeleitfähigkeit etwa 1.500 bis 2.200 W/mK, je nach Produktqualität. Dies ist deutlich höher als bei anderen gängigen Materialien wie Kupfer (bis zu 400 W/mK) und Aluminium (bis zu 220 W/mK). Wärmeleitfähigkeit dieser hohen Wärmeleitfähigkeit Diamant Wärme effizienter von Wärmequellen ableiten als jedes andere Material.

Bester elektrischer Isolator: Wenn Sie Wärme von einem elektronischen Bauteil abführen und an einen Metallkühlkörper leiten möchten, warum sollten Sie dann einen Diamant-Wärmeverteiler zusätzliche Zwischenschicht verwenden, anstatt einen direkten Kontakt herzustellen? Der Hauptgrund dafür ist, dass Diamant nicht nur der beste Wärmeleiter ist, sondern auch ein hervorragender elektrischer Isolator. Er weist ähnliche elektrische Eigenschaften wie Glas und Keramik auf, die seit weit über einem Jahrhundert in großem Umfang für die elektrische Isolierung eingesetzt werden. Ein Diamant-Wärmeverteiler daher die erste Wahl für jede Anwendung, bei der ein möglichst hoher Wärmefluss und eine optimale elektrische Isolierung erforderlich sind. Aus diesem Grund kommen Diamant-Wärmeverteiler so häufig in Hochleistungs-Elektronik- oder Photonik-Komponenten zum Einsatz.

Weitere Vorteile von Diamant

Diamant bietet noch weitere Vorteile, die bei bestimmten Anwendungen von Wärmeverteilern eine wichtige Rolle spielen können.

Geringes Gewicht. Wärmeverteiler aus Diamant sind aus zwei Gründen besonders leicht. Erstens ist Diamant von Natur aus ein leichtes Material. Und zweitens können Wärmeverteiler sehr dünn sein, da Diamant ein äußerst wirksamer Isolator mit extrem hohen Durchschlagseigenschaften ist. Dies ist ein Vorteil bei Satelliten- und anderen Luft- und Raumfahrtanwendungen, bei denen das Gesamtgewicht des Systems so gering wie möglich gehalten werden muss.

Thermische Stabilität. Diamant weist einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, was bedeutet, dass er sich bei Temperaturänderungen nicht nennenswert ausdehnt oder zusammenzieht. Diese Eigenschaft trägt dazu bei, die Integrität von Bauteilen wie Wärmeverteilern zu erhalten, die thermischen Gradienten ausgesetzt sind. Außerdem verbessert sie die Langzeitstabilität dieser Bauteile.

Korrosionsbeständigkeit. Diamant ist äußerst widerstandsfähig gegen chemische Korrosion und beständig gegenüber starken Säuren, Laugen und sogar organischen Lösungsmitteln. Daher eignen sich Diamant-Wärmeverteiler ideal für industrielle und andere Anwendungen, bei denen raue Umgebungsbedingungen auftreten können.

Außergewöhnliche Härte. Wie den meisten Lesern bereits bekannt ist, gehört Diamant zu den härtesten bekannten Materialien, weshalb synthetischer Diamant beispielsweise häufig zur Beschichtung von Sägeblättern und anderen Schneidwerkzeugen verwendet wird. Im Zusammenhang mit der Wärmeverteilung kann diese Härte bei Anwendungen von Vorteil sein, bei denen mechanische Festigkeit und Abriebfestigkeit gefragt sind.

Optisch transparent. Diamant ist optisch transparent, wenn er in hochreiner Form vorliegt. Für die meisten Anwendungen im Bereich der Wärmeableitung ist keine hohe optische Transparenz erforderlich; sollte dies jedoch der Fall sein, Coherent die Verwendung unseres Materials in optischer Qualität anstelle eines unserer Materialien in thermischer Qualität.

Wie wir bessere Spreizvorrichtungen für synthetische CVD-Diamanten herstellen

Coherent Diamant mittels eines chemischen Gasphasenabscheidungsverfahrens Coherent . In einer speziellen Hochtemperaturkammer wird mithilfe intensiver Mikrowellen in kohlenstoffhaltigem Methangas ein Plasma erzeugt. Dabei werden freie Kohlenstoffatome freigesetzt, die sich auf einer Diamant-Keimschicht absetzen und so nach und nach einen Wafer aus polykristallinem CVD-Diamant bilden. 

Durch die Optimierung dieses Wachstumsprozesses Coherent die Herstellung von polykristallinem CVD-Diamant für eine Vielzahl von Hochleistungsanwendungen im Bereich des Wärmemanagements perfektioniert. Wir bieten verschiedene thermische Qualitäten an, wobei die höchste Qualität eine Wärmeleitfähigkeit mehr als 2200 W/mK aufweist. 

Dank unserer erstklassigen Fertigungsanlage sind wir in der Lage, Teile nach Kundenspezifikationen herzustellen, die einen Durchmesser von bis zu 145 mm und eine Dicke von bis zu 2 mm oder mehr aufweisen und dabei extrem flach und glatt sind, um einen optimalen thermischen Kontakt zu Ihrem Gerät zu gewährleisten. Unsere Diamant-Wärmeverteiler leiten die Wärme effektiv von den wärmeerzeugenden Komponenten ab und verringern so das Risiko einer Überhitzung, wodurch die Lebensdauer elektronischer Geräte verlängert wird.

Thermisches Modell einer Diode einem SiC/Dia/Cu-Stapel im Vergleich zu einem reinen Cu-Stapel: Die Diode Modell ist so programmiert, dass sie eine hohe interne Wärmeentwicklung von 2200 W/mm³ aufweist. Die sechs Strukturen auf der linken Seite bilden einen Diode, während die sechs auf der rechten Seite einen Diode-Stapel bilden. Alle zwölf Strukturen sind auf eine wassergekühlte Kupferplatte geklebt.

Wer nutzt also unsere Diamant-Wärmeverteiler?

Diamant-Wärmeverteiler bieten eine attraktive Lösung für die Bewältigung thermischer Herausforderungen und die Aufrechterhaltung der Leistung und Langlebigkeit kritischer elektronischer und photonischer Komponenten. Aus diesem Grund kommen unsere Wärmeverteilerprodukte in Branchen zum Einsatz, in denen Effizienz und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind, wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, im Militärbereich und im Hochleistungsrechnen.

Zu den konkreten Beispielen zählen Hochleistungs-CPUs und -GPUs in Computern und Servern, insbesondere in Rechenzentrumsanwendungen, wo eine höhere Leistung erforderlich ist, um das Wachstum im Bereich der Anwendungen für künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) zu unterstützen. Sie kommen zudem in vielen LED-Beleuchtungssystemen zum Einsatz, insbesondere in solchen mit hochintensiven Leuchtmitteln. Zu den weiteren Anwendungsbereichen unserer Diamant-Wärmeverteiler zählen Satelliten- und Luft- und Raumfahrtgeräte, wie beispielsweise Hochleistungs-Hochfrequenzgeräte (HF), die in der Satellitenkommunikation verwendet werden.

Zu den photonischen Anwendungen für unsere Wärmeverteiler zählen Hochleistungslaserdioden und Laseroptik. Wir liefern diese auch für den Einsatz mit bestimmten leistungselektronischen Bauteilen. Und schließlich eröffnet das rasante Wachstum im Bereich der E-Mobilität und der autonomen Fahrzeuge einen weiteren Markt für unsere Diamant-Wärmeverteiler – für den Einsatz mit bestimmten leistungselektronischen Bauteilen.

Wenn Sie Diamant als Wärmeleiter einsetzen möchten, Coherent Ihnen die beste Lösung.

Erfahren Sie mehr über Coherent -Diamantsubstrate.

Verwandte Ressourcen