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单晶 vs 多晶金刚石散热:差在哪?

热导率相差近一倍的背后是晶界散射。从材料科学讲清单晶为何是高端热管理的首选。

单晶2026-07 · 7 min

01热导率差距

室温下,单晶 CVD 金刚石热导率可达 1800-2500 W/m·K(接近理论极限),而多晶 CVD 金刚石通常在 500-1800 W/m·K,差距近一倍。铜仅约 400 W/m·K,氮化铝约 200 W/m·K——单晶金刚石是目前已知热导率最高的材料。

02根源:晶界散射

多晶金刚石由无数微小晶粒组成,晶界处声子(热的载体)被散射,热导率随晶粒尺寸减小而下降。单晶金刚石无晶界,声子自由程长,热导率接近完美晶体理论值。这就是单晶更贵的根本原因——性能物理上限更高。

03热边界电阻与 GaN 集成

在 GaN-on-Diamond 射频与功率器件中,热边界电阻(TBR)同样关键。单晶金刚石直接键合可将 TBR 降至约 3 m²K/GW,配合其热导率,能让 GaN HEMT 功率密度突破 40 W/mm(硅/碳化硅约 5-10 W/mm)。MIT 2026 年展示的 GaN-on-单晶金刚石放大器即为此路线的代表。

04成本与选型

单晶尺寸受限于晶种,成本高,适合 5G/6G 基站 GaN 功放、数据中心高功率芯片、激光雷达等极致热管理场景;多晶可做大尺寸且成本低,适合对热导率要求稍低的场景。英特斯克坚持只做单晶散热片,黄/咖啡/灰色,尺寸 20×20 至 30×30mm 定制。

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