AI先进芯片散热的全新突破路径

随着生成式人工智能技术全面迭代，大模型参数规模由百亿级快速迈向万亿级，全球算力产业竞争持续升级。数据中心服务器长期高负荷、不间断运行，推动芯片算力密度持续突破。与此同时，2.5D、3D先进封装技术广泛普及，显著提升芯片集成度的同时，也促使芯片功率密度呈指数级攀升，传统金属、陶瓷类散热材料与常规散热架构已无法适配超高热流密度工况，先进封装芯片的热管理瓶颈日益凸显，成为制约AI算力性能释放的核心难题。

在各类半导体散热功能材料中，金刚石凭借极致的综合热学性能，成为行业公认的顶尖散热基材。其热导率可达1000-2200 W/(m·K)，散热效能为铜材（约400 W/(m·K)）的5倍以上、铝材（约230 W/(m·K)）的10倍以上，且具备优异的各向同性导热特性，可实现热量全域均匀传导，是高端封装芯片散热的理想功能材料。依托低温键合工艺将金刚石衬底与玻璃转接板封装芯片一体化集成，突破了传统散热方案的结构性局限，为AI时代先进封装芯片提供了创新性、可量产的热管理解决方案。

在常规先进封装架构中，芯片与转接板主要依靠微凸点完成电气互连，传统高温键合工艺极易造成微凸点形变、破损，影响封装良率与器件可靠性。同时，金刚石与玻璃、硅基材料存在热膨胀系数差异，高温键合过程易引发晶圆翘曲、界面应力集中，干扰后续封装制程，大幅提升工艺风险。而低温键合技术可在低温工况下完成金刚石与芯片基材的精准键合，既能完整保护微凸点结构完整性，规避电气互连失效问题，又能大幅降低界面热应力，彻底解决晶圆翘曲缺陷，保障封装结构平整稳定。

该创新集成方案实现了散热性能与封装可靠性的双向兼顾，构建了高效稳定的芯片级精准散热体系。通过低温键合工艺将多晶金刚石衬底贴合于芯片背面，芯片工作产生的集聚热量可通过金刚石衬底快速、定向导出，从源头化解热点淤积问题。该结构完整保留了玻璃转接板在高频信号传输、制造成本方面的固有优势，同时依托金刚石的超高导热特性补齐先进封装散热短板，且无需额外增加封装厚度，高度契合电子设备小型化、轻量化、高密度集成的产业发展趋势。

为充分验证低温键合金刚石封装结构的工艺可靠性与界面稳定性，行业通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）及能量色散X射线光谱（EDS）开展多维度界面表征测试。SEM与TEM微观成像结果表明，金刚石与硅芯片键合界面贴合致密，无明显裂缝、空洞等工艺缺陷，界面结合质量优异。EDS元素检测数据清晰展示碳（C）、硅（Si）、钛（Ti）、铜（Cu）、金（Au）等界面元素分布均匀，无元素偏聚、扩散异常等问题，充分证实低温键合工艺稳定可控。优质的界面结合状态可有效降低界面接触热阻，为芯片极致散热性能落地筑牢工艺基础。

当前，AI算力、5G通信、新能源汽车等战略性产业高速发展，持续拉动先进封装市场扩容，芯片热管理作为先进封装的核心核心环节，市场需求持续爆发。随着金刚石低温键合集成工艺不断成熟、规模化量产能力持续提升，金刚石先进封装散热技术将逐步实现产业化普及，持续打开千亿级高端热管理市场空间，成为驱动高端半导体器件性能迭代的核心支撑。

化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。