在高性能計算、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。

作為熱導率最高的材料，金剛石在理論與實驗中展現(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，中國科學院寧波材料所宣布突破性進展——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)從實驗室走向工業(yè)封裝應用奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

當前金剛石散熱技術(shù)主要沿兩大路徑演進：其一，將金剛石作為復合基板與硅、GaN或SiC材料結(jié)合，構(gòu)建協(xié)同散熱體系；其二，通過化學氣相沉積（CVD）工藝制備金剛石熱沉或薄膜，實現(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"剝離襯底后嚴重翹曲變形"的共性挑戰(zhàn)——當薄膜厚度降至100微米以下、尺寸擴展至2英寸以上時，內(nèi)應力累積與界面生長不均勻性將導致顯著形變，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)?；瘽B透，盡管其理論散熱性能遠超銅、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力與翹曲。該團隊制備的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堆疊等先進封裝工藝提供了可能。

這項技術(shù)突破在產(chǎn)業(yè)鏈中具有深遠的意義。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）到反應設(shè)備（CVD系統(tǒng)）的本地配套，部分企業(yè)已實現(xiàn)大面積金剛石薄膜的商業(yè)化生長；第二環(huán)節(jié)則是實現(xiàn)薄膜質(zhì)量與應力控制的核心，在此處寧波材料所的成果填補了關(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現(xiàn)間接散熱，但這大幅犧牲了金剛石優(yōu)異的熱導率。因此，實現(xiàn)表面低應力、高平整度的自支撐結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)“芯片-金剛石”直接熱耦合的前提，而這一制程工藝若能標準化，將成為熱管理方案從實驗驗證向晶圓級封裝體系跨越的起點。

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服務器GPU熱設(shè)計功耗突破400W的當下，傳統(tǒng)風冷系統(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-銅復合結(jié)構(gòu)，金剛石材料憑借其獨特的熱-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)尚處于工程樣片驗證與特種領(lǐng)域應用階段。

展望產(chǎn)業(yè)演進方向，金剛石散熱技術(shù)正經(jīng)歷從"材料特性驗證"向"工程化制造"的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。制約其規(guī)模應用的核心矛盾已從單純追求熱導率指標，轉(zhuǎn)向熱膨脹匹配、界面可靠性、加工適應性等工程化技術(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。當前，國內(nèi)科研機構(gòu)如中國電科38所、南昌大學、北京航材院等正加速推進自支撐金剛石膜工藝開發(fā)，同時半導體裝備企業(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。

這項技術(shù)突破不僅填補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"實驗室性能標桿"向"可制造、可集成、可量產(chǎn)"的工程化躍遷，正成為全球半導體熱管理技術(shù)競賽的焦點。未來，圍繞標準化接口、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 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。