在高性能計(jì)算、大功率通信器件及三維集成技術(shù)加速迭代的產(chǎn)業(yè)浪潮中，熱管理已成為制約芯片性能躍升的核心技術(shù)瓶頸。尤其是以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導(dǎo)體器件在高頻、高功率場景下產(chǎn)生的極端熱流密度，使傳統(tǒng)硅基散熱方案逐漸觸及性能天花板。

作為熱導(dǎo)率最高的材料，金剛石在理論與實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出優(yōu)異的散熱能力，其在散熱基底、熱沉、片上集成等方向的潛在價值正快速獲得行業(yè)重估。然而，材料層面尚未徹底解決的應(yīng)力控制與工藝適配難題，始終阻礙其產(chǎn)業(yè)化步伐。

近日，中國科學(xué)院寧波材料所宣布突破性進(jìn)展——成功研制出4英寸超薄、超低翹曲金剛石自支撐薄膜，為該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)封裝應(yīng)用奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

當(dāng)前金剛石散熱技術(shù)主要沿兩大路徑演進(jìn)：其一，將金剛石作為復(fù)合基板與硅、GaN或SiC材料結(jié)合，構(gòu)建協(xié)同散熱體系；其二，通過化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝制備金剛石熱沉或薄膜，實(shí)現(xiàn)與芯片熱源的直接物理接觸。但無論何種技術(shù)路線，均面臨"剝離襯底后嚴(yán)重翹曲變形"的共性挑戰(zhàn)——當(dāng)薄膜厚度降至100微米以下、尺寸擴(kuò)展至2英寸以上時，內(nèi)應(yīng)力累積與界面生長不均勻性將導(dǎo)致顯著形變，直接突破熱壓封裝工藝的形位公差要求。這一頑疾長期限制了金剛石材料在芯片級直接鍵合散熱場景中的規(guī)模化滲透，盡管其理論散熱性能遠(yuǎn)超銅、氮化鋁等傳統(tǒng)介質(zhì)。

研究人員通過優(yōu)化氣相沉積工藝，改良襯底脫除與熱處理流程，成功實(shí)現(xiàn)了在不犧牲膜質(zhì)量的前提下，明顯降低金剛石自支撐薄膜應(yīng)力與翹曲。該團(tuán)隊(duì)制備的4英寸金剛石薄膜，厚度小于100 μm，翹曲度控制在10 μm以內(nèi)，且在無外力條件下可牢固貼附于玻璃基板，具備自吸附能力。這一性能表現(xiàn)不僅滿足芯片熱沉鍵合的翹曲要求，也為將金剛石薄膜納入異質(zhì)集成、3D堆疊等先進(jìn)封裝工藝提供了可能。

這項(xiàng)技術(shù)突破在產(chǎn)業(yè)鏈中具有深遠(yuǎn)的意義。金剛石熱管理材料的產(chǎn)業(yè)鏈可粗分為四大環(huán)節(jié)：材料合成、形貌控制與晶面取向、結(jié)構(gòu)加工與精密切割，以及與芯片或封裝結(jié)構(gòu)的對接集成。其中，第一環(huán)節(jié)我國產(chǎn)業(yè)已基本形成從高純氣源（如甲烷、氫氣）到反應(yīng)設(shè)備（CVD系統(tǒng)）的本地配套，部分企業(yè)已實(shí)現(xiàn)大面積金剛石薄膜的商業(yè)化生長；第二環(huán)節(jié)則是實(shí)現(xiàn)薄膜質(zhì)量與應(yīng)力控制的核心，在此處寧波材料所的成果填補(bǔ)了關(guān)鍵技術(shù)空白；而后兩者——精密加工與封裝集成——目前仍由少數(shù)海外企業(yè)具備全流程能力，成為國產(chǎn)材料走向產(chǎn)業(yè)端的關(guān)鍵關(guān)口。

尤其在芯片封裝領(lǐng)域，將金剛石薄膜直接鍵合于功率器件芯片（如GaN功率放大器）表面，可明顯降低界面熱阻，并穩(wěn)定芯片結(jié)溫，進(jìn)而延長壽命、提升頻率穩(wěn)定性。過去，由于金剛石表面粗糙度大、翹曲高，封裝廠商多采用貼附銅中間層的方式實(shí)現(xiàn)間接散熱，但這大幅犧牲了金剛石優(yōu)異的熱導(dǎo)率。因此，實(shí)現(xiàn)表面低應(yīng)力、高平整度的自支撐結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)“芯片-金剛石”直接熱耦合的前提，而這一制程工藝若能標(biāo)準(zhǔn)化，將成為熱管理方案從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證向晶圓級封裝體系跨越的起點(diǎn)。

從市場前景分析，金剛石散熱材料的核心戰(zhàn)場集中在5G通信、新能源汽車、數(shù)據(jù)中心等高熱流密度領(lǐng)域。尤其在AI服務(wù)器GPU熱設(shè)計(jì)功耗突破400W的當(dāng)下，傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)已觸及散熱效率極限，熱管理能耗占比超過系統(tǒng)總功耗的40%，成為制約算力升級的非線性瓶頸。相較于傳統(tǒng)石墨-銅復(fù)合結(jié)構(gòu)，金剛石材料憑借其獨(dú)特的熱-電綜合性能，有望通過直接封裝于芯片熱源區(qū)域?qū)崿F(xiàn)散熱效能質(zhì)的飛躍。目前，國際廠商如Coherent、Element Six已推出商用金剛石熱沉產(chǎn)品，目標(biāo)直指NVIDIA、AMD等頂級芯片制造商，而國內(nèi)產(chǎn)業(yè)尚處于工程樣片驗(yàn)證與特種領(lǐng)域應(yīng)用階段。

展望產(chǎn)業(yè)演進(jìn)方向，金剛石散熱技術(shù)正經(jīng)歷從"材料特性驗(yàn)證"向"工程化制造"的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。制約其規(guī)模應(yīng)用的核心矛盾已從單純追求熱導(dǎo)率指標(biāo)，轉(zhuǎn)向熱膨脹匹配、界面可靠性、加工適應(yīng)性等工程化技術(shù)攻關(guān)。誰能率先構(gòu)建"材料-器件-封裝"的垂直整合能力，誰就能在下一代熱管理技術(shù)競爭中占據(jù)制高點(diǎn)。當(dāng)前，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)如中國電科38所、南昌大學(xué)、北京航材院等正加速推進(jìn)自支撐金剛石膜工藝開發(fā)，同時半導(dǎo)體裝備企業(yè)也在積極布局激光精密切割、超聲研磨等專用加工設(shè)備。

這項(xiàng)技術(shù)突破不僅填補(bǔ)了我國在高端熱管理材料領(lǐng)域的技術(shù)空白，更為構(gòu)建自主可控的芯片散熱產(chǎn)業(yè)鏈提供了核心材料支撐。金剛石材料從"實(shí)驗(yàn)室性能標(biāo)桿"向"可制造、可集成、可量產(chǎn)"的工程化躍遷，正成為全球半導(dǎo)體熱管理技術(shù)競賽的焦點(diǎn)。未來，圍繞標(biāo)準(zhǔn)化接口、工藝魯棒性及封裝兼容性的持續(xù)創(chuàng)新，將決定金剛石能否從"學(xué)術(shù)明星"蛻變?yōu)?quot;產(chǎn)業(yè)基石"的關(guān)鍵路徑。

碳方程50200A MPCVD設(shè)備采用915MHZ的微波頻率及50KW運(yùn)行功率，該設(shè)備單爐可生產(chǎn)8英寸多晶產(chǎn)品，若用于生產(chǎn)單晶金剛石，單爐能夠穩(wěn)定產(chǎn)出多達(dá) 489 片尺寸為 7*7mm 的單晶金剛石，更大尺寸的多晶產(chǎn)品意味著更高的生產(chǎn)效率和更低的單位成本，能夠滿足客戶大規(guī)模生產(chǎn)的需求。同時，我們的設(shè)備在技術(shù)方面也有著諸多創(chuàng)新和突破，確保了產(chǎn)品的高質(zhì)量和穩(wěn)定性。有效降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。