在高性能計算、大功率通信器件及3D封裝持續演進的背景下，熱管理已成為限制芯片進一步提速的核心技術瓶頸。尤其是碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等第三代半導體在高頻、大功率條件下所帶來的高熱流密度，使得傳統硅基散熱解決方案逐漸難以為繼。

       作為熱導率最高的材料，金剛石在理論與實驗中展現出優異的散熱能力，其在散熱基底、熱沉、片上集成等方向的潛在價值正快速獲得行業重估。然而，材料層面尚未徹底解決的應力控制與工藝適配難題，始終阻礙其產業化步伐。

       近日，中國科學院寧波材料所江南研究員團隊成功制備出了大尺寸的4英寸超薄、超低翹曲金剛石自支撐薄膜，為該技術邁向實際封裝應用提供了關鍵突破口。

       當前金剛石在熱管理領域的應用，主要聚焦于兩類技術路徑：一是將金剛石用作基板，結合硅、GaN 或 SiC 材料以提升整體器件散熱性能；二是通過CVD方式制備金剛石熱沉或薄膜，實現對芯片熱源的直接接觸式散熱。然而，無論哪種形式，都面臨著“襯底去除后翹曲過大”的結構難題。尤其在薄膜厚度小于100 μm、尺寸大于2英寸以上的情況下，內應力積累、界面不均勻生長等因素會造成顯著變形，無法滿足鍵合工藝的熱壓封裝標準。這一瓶頸長期制約了金剛石材料在芯片直接鍵合散熱應用中的規模化推廣，盡管散熱性能遠優于銅、氮化鋁等傳統材料，卻難以獲得工業批量采用。

       研究人員通過優化氣相沉積工藝，改良襯底脫除與熱處理流程，成功實現了在不犧牲膜質量的前提下，明顯降低金剛石自支撐薄膜應力與翹曲。該團隊制備的4英寸金剛石薄膜，厚度小于100 μm，翹曲度控制在10 μm以內，且在無外力條件下可牢固貼附于玻璃基板，具備自吸附能力。這一性能表現不僅滿足芯片熱沉鍵合的翹曲要求，也為將金剛石薄膜納入異質集成、3D堆疊等先進封裝工藝提供了可能。                             這項技術突破在產業鏈中具有深遠的意義。金剛石熱管理材料的產業鏈可粗分為四大環節：材料合成、形貌控制與晶面取向、結構加工與精密切割，以及與芯片或封裝結構的對接集成。其中，第一環節我國產業已基本形成從高純氣源（如甲烷、氫氣）到反應設備（CVD系統）的本地配套，部分企業已實現大面積金剛石薄膜的商業化生長；第二環節則是實現薄膜質量與應力控制的核心，在此處寧波材料所的成果填補了關鍵技術空白；而后兩者——精密加工與封裝集成——目前仍由少數海外企業具備全流程能力，成為國產材料走向產業端的關鍵關口。

       尤其在芯片封裝領域，將金剛石薄膜直接鍵合于功率器件芯片（如GaN功率放大器）表面，可明顯降低界面熱阻，并穩定芯片結溫，進而延長壽命、提升頻率穩定性。過去，由于金剛石表面粗糙度大、翹曲高，封裝廠商多采用貼附銅中間層的方式實現間接散熱，但這大幅犧牲了金剛石優異的熱導率。因此，實現表面低應力、高平整度的自支撐結構，是實現“芯片-金剛石”直接熱耦合的前提，而這一制程工藝若能標準化，將成為熱管理方案從實驗驗證向晶圓級封裝體系跨越的起點。

       從下游產業看，金剛石熱管理材料的主要應用聚焦在高頻通信（如5G基站、毫米波雷達）、高功率電子（新能源車逆變器、工業電源模塊）、以及高端計算（數據中心AI芯片）等場景。特別是在芯片熱設計功耗（TDP）突破400W的AI服務器GPU中，傳統風冷系統散熱效率趨于極限，系統功耗中超過40%用于熱管理，成為限制算力進一步爬升的重要非線性因素。金剛石散熱材料因其高導熱性與電絕緣性兼具，有望直接封裝于芯片熱源部位，替代傳統石墨銅復合結構。在此方向上，Coherent、Element Six 等國際企業已相繼發布金剛石熱沉產品，目標客戶為NVIDIA、AMD等高端芯片制造商，而國內尚處于工程樣片和部分軍工領域定向應用階段。

       從行業發展趨勢來看，金剛石散熱材料正進入從“實驗室性能”向“工程工藝”轉化的階段。制約其規模應用的因素已不再集中于熱導率本身，而是轉向熱膨脹匹配、界面鍵合穩定性、機械加工適應性等更偏向制造工藝的問題。因此，誰能率先打通“材料-器件-封裝”三位一體的產業閉環，誰就能在金剛石熱管理賽道上取得先發優勢。當前包括中國電科38所、南昌大學、北京航材院等科研單位均在推進自支撐金剛石膜工藝路線，同時，多家半導體裝備企業也開始嘗試開發適配金剛石片材加工的激光切割與超聲研磨設備。

       總之，該項技術突破，不僅填補了國內在關鍵熱管理材料方向的空白，也為我國高性能芯片散熱產業鏈提供了核心材料層的技術支點。金剛石材料從“超高熱導率”的理論價值向“可量產、能封裝、能貼合”的實際工藝躍遷，正成為新一代芯片熱管理技術競爭的焦點。未來，圍繞標準化接口、工藝可靠性與封裝兼容性的持續迭代，將決定金剛石能否從“明星材料”真正走向“產業材料”的關鍵路徑。