이 "특수성"의 핵심은 네 가지 주요 장점에 있습니다.
1. 탁월한 초고열전도도
자료: 열전도도는 1000~2200 W/(m·K)에 달하며, 이는 구리(약 400 W/(m·K))보다 2~5배, 알루미늄보다 5~10배 높습니다.
의미: 다이아몬드 내에서 열이 매우 빠르게 전달되고 확산되어 열원(예: 칩 코어)에서 발생하는 열을 즉시 방출하고 국부적인 핫스팟 발생을 방지합니다.
2. 탁월한 전기 절연성
특징: 다이아몬드는 천연 전기 절연체입니다.
주요 비교: 구리나 알루미늄과 같은 금속은 열을 잘 전달하지만 전기 전도성은 없습니다. 회로에 직접 접촉할 수 없으며 절연층(예: 열전도성 실리콘 패드)이 필요합니다. 이 절연층 자체가 방열의 주요 병목 현상입니다. 고온 전도성 그래핀은 또한 도체입니다. 의미: 다이아몬드는 칩의 반도체 다이에 직접 증착 또는 접합하여 가장 직접적이고 효율적인 방열 경로를 구현하는 동시에 완벽한 회로 안전성을 보장합니다. 이는 "절연은 곧 열 절연"이라는 병목 현상을 해소합니다.
3. 매우 높은 경도와 안정성
특징: 자연에서 가장 단단한 물질이며, 높은 기계적 강도를 자랑하며, 열팽창 계수는 실리콘, GaN(질화갈륨), SiC(탄화규소)와 같은 반도체 소재와 매우 유사합니다.
의미:
내구성: 방열 부품이 손상될 가능성이 적습니다.
높은 신뢰성: 극심한 온도 사이클 동안 다이아몬드와 칩이 동시에 팽창하고 수축하여 열 응력을 크게 줄이고 칩 균열이나 계면 분리를 방지하며 장치 수명을 연장합니다.
4. 저밀도(경량)
특징: 밀도는 약 3.5g/cm³로 구리의 8.9g/cm³보다 훨씬 낮습니다.
의미: 동등하거나 더 나은 방열 성능을 제공하면서 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 이는 항공우주, 드론 및 휴대용 전자 기기에 매우 중요합니다.
주요 응용 분야 (어떤 "열 발생기" 문제를 해결합니까?)
위의 특성을 기반으로, 높은 열전도도 다이아몬드는 엄격한 방열 요구 사항을 가진 다음과 같은 최첨단 분야에서 주로 사용됩니다.
• 1. 고급 반도체 레이저: 레이저 바와 같은 장치는 막대하고 집중된 열을 생성합니다. 다이아몬드는 레이저의 출력 전력과 수명을 보장하는 이상적인 "방열판" 재료입니다.
• 2. 5G/6G 통신 기지국 및 RF 전력 증폭기(GaN): 질화갈륨 장치는 고주파 및 고출력으로 작동하여 매우 높은 열 밀도를 생성합니다. 다이아몬드 기판(다이아몬드 기판 위에 GaN을 직접 성장시키는 방식)을 사용하면 칩 접합 온도를 크게 낮춰 출력 전력과 효율을 향상시킬 수 있습니다.
• 3. 고성능 컴퓨팅(HPC/AI) 및 데이터 센터: CPU/GPU 컴퓨팅 성능이 급증함에 따라 열유속 밀도가 기존 방열의 한계에 근접하고 있습니다. 다이아몬드 증기 챔버와 다이아몬드 마이크로채널 냉각액 블록은 차세대 방열 솔루션입니다.
• 4. 전기 자동차 및 철도 운송: 핵심 전력 소자(IGBT, SiC MOSFET)의 방열은 전체 차량 전력과 신뢰성을 직접적으로 결정합니다. 다이아몬드 방열판은 모듈 전력 밀도와 내구성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 5. 항공우주 전자 장치: 혹독한 환경에서 냉각 시스템은 효율적이고 가벼우며 절대적으로 안정적이어야 합니다. 다이아몬드는 이러한 포괄적인 요구 사항을 충족하는 몇 안 되는 옵션 중 하나입니다.
