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       随着 5G 通信、人工智能加速和高性能计算（HPC）负载的激增，功率器件的面向集成与算力密度持续提升，芯片单位面积热流密度（heat flux）显著上升。传统的铜基散热、热管与风冷系统在面对数百甚至上千 W/cm² 的热点时逐渐逼近极限，催生了对“更高导热、更低热阻材料 + 更高效流体冷却结构”方案的需求。将高热导率的金刚石材料与高效的微通道流动冷却结合，被认为是应对极端热通量的具有前景的工程路径。

       金刚石微通道基板如何精准匹配高功率场景

       高功率芯片（如 GaN 功率放大器、AI 加速器、GPU/TPU 等）在热点处的热流密度可达到数百 W/cm²；在封装或模块级散热设计中，要求极低的接触热阻与极高的平面/体积内热扩散能力，以防止局部过热与器件热失效。微通道冷却以其高换热系数和紧凑体积成为主流研究方向。

       为什么选金刚石？

       金刚石（尤其是高质量 CVD 或单晶形式）的热导率处于材料之最，常见参考值在 千至两千多 W·m⁻¹·K⁻¹，远高于铜与常见金属；这意味着在平面内迅速“摊铺”局部热点、把热量快速输送到附近冷却通道成为可能，从而降低芯片和连接层的峰值温度。

       通道几何：根据器件热流分布，局部热点区可采用更密的通道或更小的通道间距以提高局部换热；数值模拟（CFD、流动沸腾模型）与可视化实验通常用于优化通道截面、纵向分布和入口布局。

       复合材料比例：将金刚石颗粒嵌入铜基体得到的 DC（diamond–copper）复合体系，通过调节金刚石体积分数（例如报道中的 DC60、DC75）可以在热导率、热膨胀系数（CTE）匹配与机械强度之间取得折中。报道中 DC75 采用不同粒径的分级颗粒结构以提升填充密度和热导性。

       结构功能一体化：开放式或一体化微通道热沉（即在制造阶段把微通道、进出水口和散热结构一起形成）能降低界面热阻与装配复杂度，并在流动沸腾条件下展现更稳定的压降和换热特性。

       金刚石在微通道系统中可承担的角色

       微通道基板（核心）：直接与芯片接触，负责把芯片热量快速传导入微通道冷却液中；对于高算力封装，这一层的热阻决定了芯片峰值温度。已有数值/实验研究显示，全金刚石或高比例金刚石复合微通道在数百 W/cm² 级别热流下能维持较低温升。

       散热鳍片 / 散热扩展结构：若系统进一步需要与气体侧或更粗尺度冷却器换热，金刚石制鳍片可以提高鳍片内部的热导，减少鳍片内的温度梯度，从而提升整体换热效率（适用于混合冷却场景）。

       热界面材料（TIM）增强剂：把纳米/微米金刚石颗粒加入导热硅脂、相变材料或金属基 TIM 中，可显著提高复合材料的导热率并降低接触热阻，已有学术论文与专利支持这一策略。

       与金属/系统结合时的难题（技术瓶颈）与现有应对

       界面与结合问题

       CTE 不匹配导致热应力：金刚石的线膨胀系数极低，与铜等金属热膨胀差异大，反复热循环会在界面产生热应力，进而引发裂纹或脱粘。

       连接工艺与材料稳定性：传统的高温压浸、扩散焊接等可形成金刚石–金属结合，但高温下金刚石表面有石墨化风险或界面化学变化，且工艺设备要求高、成本高。为改善界面热阻与粘接性，研究中使用表面金属化（镀层）、液态金属浸润/合金化、以及薄层缓冲/过渡层（例如碳化物或金属碳化层）来改善润湿性和导热通道。

       微通道加工精度与成本

       加工难度：金刚石（尤其是单晶或致密 CVD）极硬，常规机械加工难度高。制造微米级通道通常依赖于激光微加工、深反应离子刻蚀（对替代体如硅/玻璃模具）、或者先制模再转移（模铸/压浸）等手段，这些方法要么设备昂贵，要么流程复杂。

       材料成本：高热导金刚石（特别是大尺寸/高质量 CVD 或单晶）价格明显高于传统金属与陶瓷，这使得基于金刚石的散热器在短期内更适合高端、重量/体积/性能敏感的利基市场（如特种射频功放、航天、部分数据中心热点管理）而非大规模消费级替代。

       系统集成与适配性

       多部件协同：更高层级的散热系统（冷板、泵、流道、封装）需要与金刚石微通道模块协同优化，包括入口压力、压降、冷却剂类型（液冷/两相）与可靠性测试。如何在不大改原有机箱/系统结构的前提下插入金刚石微通道单元，是工程化应用的常见阻碍。

       研发/工程突破方向（短中长期）

       界面工程（短期高收益）：

       研发低厚度、高导热的金刚石表面金属化（例如 Cr/Cu、镀银/镀铟等）与缓冲层，优化润湿性与界面声子/电子耦合，减少界面热阻并控制石墨化。已有研究采用液态金属/表面镀层提升界面性能。

       分级复合与功能梯度材料（中期）：

       通过体积分数梯度（高导热金刚石区→金属缓冲区→结构金属）来降低 CTE 突变，采用分级颗粒（大/小颗粒混合）提升填充密度并改善力学/热性能，这在 DC60/DC75 的思路中已有体现。

       可制造性与成本下降路线（中长期）：

       开发低成本大面积热导金刚石薄膜（例如商用化的热级 CVD 膜），并结合模具化转移/低温粘接技术以降低加工复杂度（参考 Element Six 的热级产品路线）。

       冷却体系联合优化（系统工程）：

       在器件封装、基板、微通道、冷却剂和泵系统之间做联合仿真与原型试验，尤其评估两相沸腾对金刚石微通道的稳定性与潜在冲击（已有流动沸腾试验对 DC 系列给出积极结果但仍需更多长期寿命数据）。

       最后

       金刚石与微通道冷却的结合在高热流密度散热场景中展示出明显的理论与实验优势，金刚石的极高热导率能显著降低平面热阻并把局部热点更快输送到冷却通道，已有 DC60/DC75 等复合材料与全金刚石微通道的实验/数值结果支持其在数百 W/cm² 级别热流下的优越性。

       与此同时，金刚石—金属界面工程、微通道的高精度制造与整体系统集成是当前最关键的工程瓶颈；通过界面金属化/液态金属润湿、功能梯度复合材料与制造工艺优化（例如激光加工、低温粘接/转移）等路线，有望在中长期把这类方案推向工程化与规模化。