随着5G通信、人工智能、高性能计算和电动汽车等技术的飞速发展，电子器件的功率密度不断提高，芯片产生的热量呈指数级增长。传统热管理材料已难以满足先进封装技术的散热需求，热管理成为制约电子器件性能提升的关键瓶颈。在这一背景下，金刚石热沉片凭借其卓越的物理特性，正在先进封装热管理领域掀起一场材料革命。
01 2.5D/3D先进封装热管理挑战
先进封装技术通过将多个芯片以2.5D/3D方式堆叠集成，大幅提高了器件功能密度和互连效率，但也带来了前所未有的热管理挑战。随着芯片特征尺寸不断缩小至纳米级，单位面积功耗急剧增加，热量在微小空间内高度集中。传统封装结构中，热界面材料的热导率通常仅为1-5W/m·K，而芯片内部热点温度可达150°C以上，严重影响了器件性能和可靠性。因此，开发超高热导率的散热材料已成为先进封装技术发展的迫切需求。
02 金刚石是先进封装高效散热的理想材料
金刚石是自然界已知热导率最高的材料，还具有高热稳定性(空气中中可承受600°C以上高温)、低热膨胀系数(约1x10-6/K)、优异的电纸缘性和化学惰性等特性，使其成为先进封装热管理的理想选择。
热界面材料是连接芯片与散热器之间的关键桥梁，其热导率直接影响整体散热效率。传统聚合物基TIMs的热导率通常低于5W/m.K，而通过将高纯度金刚石微粉或纳米颗粒填充到聚合物基体中，可显著提高复合材料的热导率。
采用表面功能化处理的纳米金刚石颗粒(粒径50-100nm)与高质量石墨烯片协同填充的复合材料，热导率可达30-50W/m·K，比传统TIMs提高了一个数量级。这种复合TIMs在低填充率(<20 vol%)下即可实现高热导率，同时保持良好的加工性能和机械柔韧性。
对于功率器件和射频器件，金刚石衬底可直接集成在芯片下方，形成高效散热通道。通过化学气相沉积(CVD)在单晶金刚石上外延生长GaN层，形成直接键合结构，界面热阻极低。实验表明，与传统SiC衬底相比，金刚石衬底可使GaN HEMT器件的沟道温度降低40-60%。
金刚石散热层转移技术：将高质量CVD金刚石薄膜(厚度50-300un)通过金属化键合工艺转移至芯片背面，作为高效散热扩散层。该技术可与现有半导体工艺兼容，适用于Si、SiC和GaAs等多种半导体材料。
在2.5D/3D先进封装中，金刚石可用于形成垂直热通孔(Through-IDiamond Vias，TDVs)，有效解决中间芯片散热难题。通过在金刚石层中制备高密度微孔并填充高导热金属(如铜)，形成贯穿整个封装体的高效散热通道，将堆叠芯片内部热量直接传导至外部散热装置。
研究数据表明，直径10um、间距50um的金刚石热通孔阵列，其等效热导率可达600-800W/m.K，比传统硅通孔(TSV)提高10倍以上，同时占用面积减少60%。
03 高性能金刚石封装基板材料
随着芯片互连密度不断提高，封装基板和中介层的热管理能力也变得至关重要。金刚石凭借其高热导率和低介电常数，可作为高性能封装基板材料：
（1）金刚石-金属复合材料基板
通过粉末冶金或熔渗工艺制备的金刚石-铜/金刚石-铝复合材料，热导率可达400-800W/m.K，同时热膨胀系数可调(5-10x10-6/K)，与常见半导体材料匹配良好。
用于算力芯片的金刚石/铜高导热复合材料，来源：中科院宁波材料所
（2）金刚石中介层(Interposer)
在2.5D封装中，金刚石中介层不仅提供芯片间的高速互连，还可作为高效散热平台，将多个芯片产生的热量均匀分布并快速导出。
金刚石凭借其卓越的物理特性，正在重新定义先进封装热管理的技术边界。从热界面材料到散热衬底，从热通孔到基板中介层，金刚石为应对日益严峻的芯片散热挑战提供了革命性解决方案。
随着全球半导体产业对高效散热解决方案的需求日益迫切，金刚石这一"终极散热材料"的应用前景广阔，其产业化进程不仅将重塑先进封装技术格局，还可能催生全新的器件架构和应用范式，为整个电子信息产业的发展注入强大动力。
来源：化合积电
会议议题：
|
序号 |
演讲议题 |
拟邀企业 |
|
1 |
待定 |
珂赛达（上海）半导体科技有限公司 |
|
2 |
待定 |
先材（深圳）半导体科技有限公司 |
|
3 |
待定 |
珠海南洋精密有限公司 |
|
4 |
大尺寸金刚石散热片制备进展 |
金刚石材料/基板企业 |
|
5 |
金刚石/铜复合材料界面热阻优化策略 |
金刚石材料/基板企业 |
|
6 |
金刚石散热材料国产化趋势及应用 |
金刚石材料/基板企业 |
|
7 |
低界面热阻金刚石晶圆及低温键合工艺 |
金刚石材料/基板企业 |
|
8 |
液冷+金刚石散热复合方案在智算中心的应用前景 |
金刚石基板企业/数据中心散热企业 |
|
9 |
MPCVD技术优化：均匀性控制与缺陷抑制 |
金刚石基板/材料/设备企业 |
|
10 |
微型半导体制冷片（Micro-TEC）在光模块中的应用 |
陶瓷制冷片TEC企业 |
|
11 |
氮化铝陶瓷基板用于半导体制冷片TEC散热优势 |
陶瓷制冷片TEC企业 |
|
12 |
陶瓷制冷片与AI数据中心液冷-热点混合散热方案 |
陶瓷制冷片TEC企业 |
|
13 |
半导体制冷片赋能新能源汽车热管理 |
陶瓷制冷片TEC企业 |
|
14 |
陶瓷制冷片TEC破解消费电子微型化散热难题 |
陶瓷制冷片TEC企业 |
|
15 |
半导体制冷片赋能医疗设备的精准控温 |
陶瓷制冷片TEC企业 |
更多议题征集中，创新演讲及赞助请联系李小姐：18823755657（同微信）
长按二维码扫码在线登记报名：
或者复制网址到浏览器后，微信注册报名：
https://www.aibang360.com/m/100309
点击阅读原文，了解详情！