金刚石热沉片：攻克高功率激光雷达散热桎梏的核心材料

自动驾驶产业加速落地，激光雷达作为车载环境感知核心传感部件，承担着环境识别、测距成像的关键职能。设备持续运行过程中将产生大量热负荷，激光发射模块产热占整机总热量 40%–60%，数据运算单元产热占比 20%–30%，常规传统散热基材已无法承载高功率密度工况下的导热需求。金刚石热沉片具备优异综合热物性指标，能够妥善化解车载激光雷达热管理痛点，为自动驾驶整车系统长效稳定运转筑牢材料根基。

金刚石热沉片室温区间热导率可达 2000–2200W/(m・K)，依托极致导热能力快速疏导电子元器件产生的集聚热量，实现芯片工作结温有效下调。金刚石本体电阻率可达 10¹⁶Ω・cm，具备完备绝缘属性，能够彻底规避器件短路失效隐患。该材料热膨胀参数与硅、碳化硅（2.7×10⁻⁶/K）等主流半导体基材适配度优良，二者热特性高度契合，即便历经上万次高低温循环工况，热沉与芯片贴合界面依旧维持完整稳定，杜绝热膨胀系数差异引发的分层剥离故障，有效延长整机服役周期、提升运行可靠度。材料性能可在 - 200℃至 1000℃超宽温域区间保持恒定，既能适配车载复杂行车工况，也可满足军工严苛使用场景。常温环境下可抵御酸碱、有机溶剂等各类介质腐蚀，高温环境理化特性同样无明显衰减。同时金刚石机械性能突出，维氏硬度区间 8000–10000kg/mm²，断裂强度可达 350MPa，适配长期高应力作业场景。

激光发射模块散热适配方案

金刚石热沉片可直接作为 VCSEL、EEL 激光发射器件的散热衬底，与激光器有源区紧密贴合，依靠自身超高导热系数均匀分摊局部集中热量。激光发射芯片与散热结构贴合界面可实现极低接触热阻，数值维持 0.05–0.08℃・cm²/W 区间，相较于同等厚度硅胶垫（0.15–0.2℃・cm²/W），整体导热效率提升五成以上。配套相变适配设计温度区间设定为 45–55℃，数值略低于 VCSEL 器件最高耐受工作温度；芯片工作升温时热沉相变液化填充贴合间隙，常温状态恢复固态形态，不会污染周边光学元器件，无需额外施压固定装配，规避芯片受压损伤风险。

数据处理单元散热优化方案

针对 FPGA、ASIC 数据运算芯片与散热底座的贴合界面，金刚石热沉片受热相变后呈现弹性凝胶形态，可缓冲螺丝锁紧带来的装配应力，避免设备长期使用后界面接触热阻持续攀升。部分改性金刚石热沉片添加石墨微片功能性填料，导热系数可达 8–15W/(m・K)，性能趋近高导热硅脂（10–20W/(m・K)），无需人工涂抹操作，大幅提升批量生产线装配效率，适配车企规模化量产需求。

金刚石微通道高负荷散热架构

金刚石微通道热沉以热导率 2000W/(m・K) 金刚石薄膜为基材，搭配高效微通道结构设计，采用功率芯片直接封焊与全域热扩散一体化架构，可适配热流密度高于 1kW/cm² 的大功率组件散热工况。飞秒激光微流道加工工艺已完成成熟落地，微槽加工深度与激光输出功率、扫描次数呈正向关联，与扫描行进速度呈反向关联；工艺参数完成优化后，成型微通道轮廓规整，截面侧壁锥度控制在 3° 以内，加工区域无残渣、裂纹、边缘崩缺等工艺缺陷。

凭借超高导热系数、匹配度优异的热膨胀特性与超宽温域稳定性能，金刚石热沉片成为车载高功率激光雷达热管理的优选材料。直接贴合激光发射有源区与数据运算芯片的应用形式，能够有效降低芯片工作结温，同步提升激光输出功率稳定性与整机系统运行可靠性。伴随人工智能、5G 通信、新能源汽车及军工领域产业规模持续扩张，未来 5 至 10 年内金刚石热沉片市场规模将迎来百倍级增长，持续为自动驾驶设备的安全运行与智能化升级提供关键材料支撑。

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、氮掺杂)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。