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       在高性能计算、大功率通信器件及3D封装持续演进的背景下，热管理已成为限制芯片进一步提速的核心技术瓶颈。尤其是碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等第三代半导体在高频、大功率条件下所带来的高热流密度，使得传统硅基散热解决方案逐渐难以为继。

       作为热导率最高的材料，金刚石在理论与实验中展现出优异的散热能力，其在散热基底、热沉、片上集成等方向的潜在价值正快速获得行业重估。然而，材料层面尚未彻底解决的应力控制与工艺适配难题，始终阻碍其产业化步伐。

       近日，中国科学院宁波材料所江南研究员团队成功制备出了大尺寸的4英寸超薄、超低翘曲金刚石自支撑薄膜，为该技术迈向实际封装应用提供了关键突破口。

超低翘曲金刚石自支撑薄膜实物拍摄（正面）

       当前金刚石在热管理领域的应用，主要聚焦于两类技术路径：一是将金刚石用作基板，结合硅、GaN 或 SiC 材料以提升整体器件散热性能；二是通过CVD方式制备金刚石热沉或薄膜，实现对芯片热源的直接接触式散热。然而，无论哪种形式，都面临着“衬底去除后翘曲过大”的结构难题。尤其在薄膜厚度小于100 μm、尺寸大于2英寸以上的情况下，内应力积累、界面不均匀生长等因素会造成显著变形，无法满足键合工艺的热压封装标准。这一瓶颈长期制约了金刚石材料在芯片直接键合散热应用中的规模化推广，尽管散热性能远优于铜、氮化铝等传统材料，却难以获得工业批量采用。

       研究人员通过优化气相沉积工艺，改良衬底脱除与热处理流程，成功实现了在不牺牲膜质量的前提下，明显降低金刚石自支撑薄膜应力与翘曲。该团队制备的4英寸金刚石薄膜，厚度小于100 μm，翘曲度控制在10 μm以内，且在无外力条件下可牢固贴附于玻璃基板，具备自吸附能力。这一性能表现不仅满足芯片热沉键合的翘曲要求，也为将金刚石薄膜纳入异质集成、3D堆叠等先进封装工艺提供了可能。                             这项技术突破在产业链中具有深远的意义。金刚石热管理材料的产业链可粗分为四大环节：材料合成、形貌控制与晶面取向、结构加工与精密切割，以及与芯片或封装结构的对接集成。其中，第一环节我国产业已基本形成从高纯气源（如甲烷、氢气）到反应设备（CVD系统）的本地配套，部分企业已实现大面积金刚石薄膜的商业化生长；第二环节则是实现薄膜质量与应力控制的核心，在此处宁波材料所的成果填补了关键技术空白；而后两者——精密加工与封装集成——目前仍由少数海外企业具备全流程能力，成为国产材料走向产业端的关键关口。

       尤其在芯片封装领域，将金刚石薄膜直接键合于功率器件芯片（如GaN功率放大器）表面，可明显降低界面热阻，并稳定芯片结温，进而延长寿命、提升频率稳定性。过去，由于金刚石表面粗糙度大、翘曲高，封装厂商多采用贴附铜中间层的方式实现间接散热，但这大幅牺牲了金刚石优异的热导率。因此，实现表面低应力、高平整度的自支撑结构，是实现“芯片-金刚石”直接热耦合的前提，而这一制程工艺若能标准化，将成为热管理方案从实验验证向晶圆级封装体系跨越的起点。

       从下游产业看，金刚石热管理材料的主要应用聚焦在高频通信（如5G基站、毫米波雷达）、高功率电子（新能源车逆变器、工业电源模块）、以及高端计算（数据中心AI芯片）等场景。特别是在芯片热设计功耗（TDP）突破400W的AI服务器GPU中，传统风冷系统散热效率趋于极限，系统功耗中超过40%用于热管理，成为限制算力进一步爬升的重要非线性因素。金刚石散热材料因其高导热性与电绝缘性兼具，有望直接封装于芯片热源部位，替代传统石墨铜复合结构。在此方向上，Coherent、Element Six 等国际企业已相继发布金刚石热沉产品，目标客户为NVIDIA、AMD等高端芯片制造商，而国内尚处于工程样片和部分军工领域定向应用阶段。

       从行业发展趋势来看，金刚石散热材料正进入从“实验室性能”向“工程工艺”转化的阶段。制约其规模应用的因素已不再集中于热导率本身，而是转向热膨胀匹配、界面键合稳定性、机械加工适应性等更偏向制造工艺的问题。因此，谁能率先打通“材料-器件-封装”三位一体的产业闭环，谁就能在金刚石热管理赛道上取得先发优势。当前包括中国电科38所、南昌大学、北京航材院等科研单位均在推进自支撑金刚石膜工艺路线，同时，多家半导体装备企业也开始尝试开发适配金刚石片材加工的激光切割与超声研磨设备。

       总之，该项技术突破，不仅填补了国内在关键热管理材料方向的空白，也为我国高性能芯片散热产业链提供了核心材料层的技术支点。金刚石材料从“超高热导率”的理论价值向“可量产、能封装、能贴合”的实际工艺跃迁，正成为新一代芯片热管理技术竞争的焦点。未来，围绕标准化接口、工艺可靠性与封装兼容性的持续迭代，将决定金刚石能否从“明星材料”真正走向“产业材料”的关键路径。