다이아몬드 열 분산기에 대한 냉혹한 사실
이러한 합성 다이아몬드 구성 요소의 사용이 증가하는 주된 이유는 높은 열전도율과 극도의 전기 절연성이 탁월하게 조합되어 있기 때문입니다.
2023년 11월 1일, Coherent
다이아몬드 방열판으로도 알려진 다이아몬드 열 분산기는 합성 다이아몬드로 생산된 수동 구성 요소로, 많은 전자 및 광자 장치에서 발생하여 잠재적으로 손상을 줄 수 있는 열을 소멸시키는 데 도움이 됩니다. 위성 통신에 사용되는 고출력 RF 장치, 고출력 레이저 다이오드, 고출력 레이저 미러, 디스크 레이저 등이 그 예입니다.
일반적인 다이아몬드 열 분산기는 열원과 능동 또는 수동 냉각 방열판 사이에 배치된 얇은(최대 2mm) 합성 다이아몬드 조각입니다. 좋은 기계적 접촉은 필수적입니다. 많은 응용 분야에서 연납땜이나 경납땜이 사용되며, 경우에 따라 기계적 클램핑이 사용되기도 합니다. 이러한 다이아몬드 열 분산기는 구리 또는 알루미늄과 같은 기존의 열 관리 재료에 비해 다양한 이점을 제공하므로, 효율적인 열 방출이 매우 중요한 응용 분야에서 특히 유용합니다.
전기적 특성과 열적 특성의 탁월한 조합
일반적으로 다이아몬드는 그 단단함으로 유명하지만, 열 분산기에서의 다이아몬드 사용이 빠르게 증가하는 데 핵심적 역할을 한 것은 또 다른 두 가지 특성인 전기적 특성과 열적 특성입니다.
가장 높은 열전도율. 다이아몬드는 제품 등급에 따라 약 1,500~2,200W/mK의 열전도율 값을 갖는 탁월한 열 전도체입니다. 이는 구리(최대 400W/mK)나 알루미늄(최대 220W/mK)과 같은 다른 일반적인 재료보다 훨씬 높은 값입니다. 이렇게 높은 열전도율 덕분에 다이아몬드는 다른 어떤 재료보다 더 효율적으로 열을 열원으로부터 멀리 전달할 수 있습니다.
최고의 전기 절연체: 전자 부품에서 열을 끌어와 금속 방열판에서 소산하려는 경우 직접 접촉하는 대신 다이아몬드 열 분산기를 추가 인터페이스 층으로 사용하는 이유는 무엇입니까? 주된 이유는 다이아몬드가 최고의 열 전도체일 뿐만 아니라 뛰어난 전기 절연체이기 때문입니다. 다이아몬드는 100년이 훨씬 넘는 기간 동안 전기 절연용으로 널리 사용되어 온 유리나 세라믹과 비슷한 전기적 특성을 가지고 있습니다. 따라서 다이아몬드 열 분산기는 가능한 최고의 열 흐름과 전기 절연이 필요한 모든 응용 분야에 가장 적합한 후보입니다. 그렇기 때문에 많은 응용 분야에 고출력 전자 또는 광자 구성 요소가 포함되는 것입니다.
다이아몬드의 몇 가지 또 다른 장점
다이아몬드에는 특정 열 분산기 응용 분야에서 중요한 고려 사항이 될 수 있는 몇 가지 다른 장점이 있습니다.
경량. 다이아몬드 열 분산기가 가벼운 데에는 두 가지 이유가 있습니다. 첫째, 다이아몬드는 본질적으로 가벼운 재료입니다. 둘째, 다이아몬드는 매우 높은 파괴성을 지닌 효율적인 절연체이므로 열 분산기가 매우 얇게 생산될 수 있습니다. 이는 전체 시스템 중량을 최소화해야 하는 위성 및 기타 항공우주 응용 분야에서 장점이 됩니다.
열 안정성. 다이아몬드는 열팽창 계수가 낮기 때문에 온도 변화에 따라 크게 팽창하거나 수축하지 않습니다. 이 특성은 열 구배의 영향을 받는 열 분산기와 같은 장치의 무결성을 유지하는 데 도움이 됩니다. 또한 이러한 장치의 장기적인 안정성도 향상됩니다.
부식 방지. 다이아몬드는 강산, 염기, 심지어 유기 용매에 대한 내성을 포함하여 화학적 부식에 대한 내성이 매우 높습니다. 따라서 다이아몬드 열 분산기는 가혹한 환경에 직면할 수 있는 산업 및 기타 응용 분야에 이상적입니다.
탁월한 경도. 대부분의 독자들이 이미 알고 있듯이, 다이아몬드는 알려진 가장 단단한 재료 중 하나입니다. 따라서 합성 다이아몬드는 톱날 및 기타 공구 등을 코팅하는 데 널리 사용됩니다. 이러한 인성은 열 확산과 관련하여 기계적 내구성과 내마모성이 필요한 응용 분야에 유리할 수 있습니다.
광학 투명도. 초순수 형태로 생산된 다이아몬드는 광학적으로 투명합니다. 대부분의 열 분산기 응용 분야에는 높은 광학 투명도가 필요하지 않지만, Coherent는 필요한 경우 자사의 열 등급 중 하나가 아닌 광학 등급 재료를 사용할 것을 권장합니다.
더 나은 합성 CVD 다이아몬드 분산기를 만드는 방법
Coherent는 화학 증기 증착 공정을 통해 다이아몬드를 생산합니다. 특수 고온실에서는 강력한 마이크로파를 사용하여 탄소가 함유된 메탄 가스에서 플라즈마를 생성합니다. 이는 다이아몬드의 시드층에 증착된 탄소 원자를 방출하여 천천히 다결정 CVD 다이아몬드 웨이퍼를 형성합니다.
Coherent는 이러한 성장 공정의 조정을 통해 다양한 고성능 온도 관리 응용 분야를 위한 완벽한 다결정 CVD 다이아몬드 생성 기능을 만들었습니다. Coherent는 최대 2200W/mK 이상의 열 전도성을 제공하는 여러 가지 열 등급을 제공합니다.
세계적 수준의 제조 설비를 사용하여 고객 사양에 따라 최대 직경 145mm, 최대 두께 2mm 이상의 매우 평평하고 매끄러운 부품을 생성하여 장치에 대한 최적의 열 접촉을 보장합니다. Coherent의 다이아몬드 열 분산기는 발열 부품에서 열을 효과적으로 분산 및 방출하여 과열 위험을 줄이고 전자 장치의 수명을 연장합니다.
SiC/Dia/Cu 및 순수 Cu 스텐레스 강철의 고출력 레이저 다이오드 열 모델: 모델의 다이오드는 2200W/mm3의 높은 내부 발열을 갖도록 프로그래밍되어 있습니다. 왼쪽의 6개 구조는 다이오드/SiC/Ti/다이아몬드 스텐레스 강철이고 오른쪽의 6개 구조는 다이오드/Cu 스텐레스 강철입니다. 12개 구조 모두 수냉식 구리판에 접착되어 있습니다.
그렇다면 다이아몬드 열 분산기의 사용자는 누구입니까?
다이아몬드 열 분산기는 열 문제를 관리하고 중요한 전자공학 및 광자 구성 요소의 성능과 수명을 유지하기 위한 매력적인 솔루션을 제공합니다. 이것이 바로 Coherent의 열 분산기 제품이 항공우주, 군사장비, 고성능 컴퓨팅 등 효율성과 신뢰성이 가장 중요한 산업에서 사용되는 이유입니다.
구체적인 예로는 컴퓨터와 서버, 특히 인공 지능(AI) 및 기계 학습(ML) 응용 분야의 성장을 지원하기 위해 더 높은 성능을 필요로 하는 데이터 센터 응용 분야의 고성능 CPU 및 GPU가 있습니다. 많은 LED 조명 시스템, 특히 고강도 장치와 관련된 조명 시스템에도 사용됩니다. 다이아몬드 열 분산기의 다른 응용 분야에는 위성 통신에 사용되는 고출력 무선 주파수(RF) 장치와 같은 위성 및 항공우주 장비가 포함됩니다.
열 분산기의 광자 응용 분야에는 고출력 레이저 다이오드 및 레이저 광학 장치가 포함됩니다. Coherent는 또한 일부 전력 전자 부품과 함께 사용하기 위한 용도로 이러한 제품을 공급합니다. 마지막으로, e-모빌리티와 자율주행 차량의 급속한 성장으로 인해 일부 고출력 전자 부품과 함께 사용되는 다이아몬드 열 분산기에 대한 또 다른 시장이 창출되고 있습니다.
다이아몬드를 열 분산기로 사용해야 할 때, Coherent가 가장 멋진 솔루션을 제공합니다.
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