憑借超高熱導率，金剛石成為突破高頻大功率芯片散熱瓶頸(jing)的關鍵材(cai)料——將芯(xin)片(pian)直(zhi)接鍵合到金剛石襯(chen)底上，能顯著降低近結熱(re)阻與結溫，被視為未來高(gao)性(xing)能芯(xin)片(pian)及3D封裝熱(re)管理的理想(xiang)方案，其應用價值日(ri)益(yi)受(shou)到行業(ye)關注(zhu)。

       解決襯底翹曲問題，成為金剛石薄膜應用于芯(xin)片鍵(jian)合的關鍵(jian)一步。

       針(zhen)對這一核心瓶頸，中國科學院寧波材(cai)料技(ji)術與工程研究(jiu)所(suo)研究(jiu)員(yuan)江南帶領功能碳素材(cai)料團隊通過創新技(ji)術，在(zai)不(bu)犧牲膜(mo)質量的前提(ti)下(xia)，將金剛(gang)石薄膜(mo)翹曲度減小一個數量級以(yi)上，實現(xian)其自(zi)吸(xi)附(fu)與自(zi)支撐特性。

       江(jiang)南(nan)向《中國科學報》介紹，隨(sui)著(zhu)高性能計算(suan)、大功率通信器件及(ji)3D封裝技術的(de)持(chi)續演進(jin)，熱管(guan)理已成為(wei)制約芯(xin)片性能提升(sheng)的(de)核心瓶頸。

       特別是碳化硅、氮化(hua)鎵(jia)第三代半導(dao)體及算力芯(xin)片等在大功率(lv)工(gong)作下產生的高熱(re)(re)流(liu)密度(du)，使得傳統通過降(jiang)低殼體到外(wai)環境熱(re)(re)阻的散(san)熱(re)(re)解(jie)決方案(an)逐(zhu)漸難以為繼。通過將芯(xin)片和高導(dao)熱(re)(re)襯底鍵(jian)（接）合，來(lai)降(jiang)低近結熱(re)(re)阻的高效散(san)熱(re)(re)方案(an)，成為破局關鍵(jian)。

       然而，材料(liao)層面的應力控(kong)制難題——源于金(jin)剛(gang)石與襯底(di)熱膨脹系數的本征差(cha)異及(ji)形核(he)、生(sheng)長工藝適配性問題——導(dao)致傳統金(jin)剛(gang)石薄膜(mo)去除襯底(di)后翹(qiao)曲度過大，始終難以滿(man)足鍵合工藝對襯底(di)超高平坦度的嚴苛要求。

       針對襯底翹曲問題，江南團隊(dui)制(zhi)備出4英寸自支撐金剛石(shi)薄膜(mo)，厚(hou)度(du)小于100μm。該薄膜(mo)在自支撐狀態下翹曲度(du)穩定控制(zhi)在10μm以內，較(jiao)常(chang)規工藝制(zhi)備的金剛石(shi)薄膜(mo)降(jiang)低(di)超過一個數量級。

       尤(you)為(wei)關鍵(jian)的是(shi)，這種超低(di)翹曲度賦(fu)予了(le)薄膜(mo)超乎尋(xun)常的平坦特性，使其展現出(chu)無需外力即可貼附玻璃基板(ban)的“自吸附”現象(xiang)。

       “通常只有(you)兩(liang)個超(chao)平坦的平面物體(ti)相互(hu)接觸后，才會自動吸附到一起(qi)，此(ci)次金(jin)剛石薄膜和玻璃平板能自吸附到一起(qi)，說明該自支撐金(jin)剛石薄膜非常平坦，幾(ji)乎無翹曲。”江南強調。

       ;正是這(zhe)種自支(zhi)撐狀態下的超平坦特性，使金剛(gang)石薄膜真(zhen)正可以適(shi)配當前芯片鍵合制程(cheng)。

       同時，超薄的(de)自支撐結構(gou)為封裝設計(ji)帶(dai)來了高度的(de)靈活度和多維選擇性。

       該成果不僅打通了金剛石(shi)襯(chen)底鍵合的技(ji)術通道，更使其在(zai)異質集成與3D堆疊(die)等先進封裝工藝中(zhong)展(zhan)現出應(ying)用潛力。

       “金剛石(shi)材料從(cong)超高(gao)熱導率的(de)理論價值，向(xiang)可量產、能(neng)封(feng)裝、能(neng)貼合的(de)實際工藝躍遷，正成為共識與目標(biao)，也是新一代(dai)芯片熱管理技術競爭的(de)焦點(dian)。”江南補充道。