攻克芯片散熱難題

黃河旋風多晶金剛石熱沉片研發成功！

集成電路是國家戰略性新興產業，是中美科技競爭的關鍵點。近年來，隨著電子器件性能的快速發展，高效傳導集成電路芯片(如 CPU 和 GPU )產生的熱對保證系統的持續、穩定和平穩運行極其重要。以硅為主導的半導體領域面臨著高功率密度、高頻、高溫、高輻射等條件瓶頸。因此，開發高傳熱性能的散熱材料成為目前的一個研究熱點。

2024年5月份，黃河旋風成功開發出了CVD多晶金剛石熱沉片。該產品直徑2英寸，厚度0.3～1mm，熱導率＞2000 W/m·K，達到了金剛石的理論熱導率值，雙面拋光后，表面粗糙度Ra＜4nm，翹曲度小于2μm，優于國外同類產品，處于領先水平。

金剛石具有卓越的導熱性能、極高的電子遷移率，還擁有耐高壓、大射頻、低成本、耐高溫等優異的物理特性，是目前自然界具有最高熱導率的熱沉材料。金剛石較 Si、SiC 和 GaN 等半導體材料具有諸多優勢，例如：金剛石的熱導率可達2200W/m·K，超過 Si 材料的 10 倍；與 GaN 相比，金剛石的載流子遷移率和擊穿電場更高，所以金剛石是絕佳的熱沉材料。從目前各種材料研究結果對比來看，無論是單晶金剛石，還是多晶金剛石薄膜，熱導率均遠大于其他襯底材料。所以，將單晶金剛石或多晶金剛石薄膜作為熱沉材料，來提高半導體器件的散熱能力，是被廣泛共識的未來的散熱方案之一。

2024年11月11日，黃河旋風與廈門大學薩本棟微米納米科學技術研究院成立集成電路熱控聯合實驗室，針對5G/6G、AI以及相控陣雷達領域芯片散熱難題，開展基于金剛石材料的集成散熱應用的創新研究。由黃河旋風提供的多晶金剛石熱沉片，為成立的聯合實驗室開展“集成電路用金剛石材料研發和示范應用”項目突破提供了堅實可靠的保障。

黃河旋風于2023年5月份啟動了“面向高端應用場景的CVD多晶金剛石薄膜開發”項目。籌建了可以穩定生長多晶金剛石薄膜的潔凈實驗室，匹配了MPCVD設備運行所需的各種設施，設計了適用于多晶金剛石薄膜生長的獨特結構，攻克了熱沉級CVD多晶薄膜從設備穩定運行、生長工藝設計及優化、生長襯底的剝離、大直徑金剛石薄膜加工易產生翹曲及碎裂、拋光效率及質量等多方面的技術難題。

作為功能材料，金剛石的熱學、光學、電學及量子特性在不斷開發。以金剛石應用為主的熱管理材料、光學材料、力學及聲學材料、半導體材料具有顯著的優勢和巨大的發展潛力，在現代高科技領域和國防工業中扮演著重要角色，正成為國際競爭的新熱點。基于此，金剛石半導體被認為是極具前景的新型半導體材料，被業界譽為“終極半導體材料”。

接下來，黃河旋風將開展直徑3英寸及光學級CVD多晶金剛石薄膜的開發工作，并籌建CVD多晶金剛石檢測中心，推進CVD金剛石薄膜在熱學、光學、電學、聲學和電化學等方面的應用。