攻克芯片散热难题黄河旋风多晶金刚石热沉片研发成功

2024-11-26 17:45:11 来源：河南黄河实业集团股份有限公司

　　攻克芯片散热难题

　　黄河旋风多晶金刚石热沉片研发成功！

　　集成电路是国家战略性新兴产业，是中美科技竞争的关键点。近年来，随着电子器件性能的快速发展，高效传导集成电路芯片(如 CPU 和 GPU )产生的热对保证系统的持续、稳定和平稳运行极其重要。以硅为主导的半导体领域面临着高功率密度、高频、高温、高辐射等条件瓶颈。因此，开发高传热性能的散热材料成为目前的一个研究热点。

　　2024年5月份，黄河旋风（600172）成功开发出了CVD多晶金刚石热沉片。该产品直径2英寸，厚度0.3～1mm，热导率＞2000 W/m·K，达到了金刚石的理论热导率值，双面抛光后，表面粗糙度Ra＜4nm，翘曲度小于2μm，优于国外同类产品，处于领先水平。

　　金刚石具有卓越的导热性能、极高的电子迁移率，还拥有耐高压、大射频、低成本、耐高温等优异的物理特性，是目前自然界具有最高热导率的热沉材料。金刚石较 Si、SiC 和 GaN 等半导体材料具有诸多优势，例如：金刚石的热导率可达2200W/m·K，超过 Si 材料的 10 倍；与 GaN 相比，金刚石的载流子迁移率和击穿电场更高，所以金刚石是绝佳的热沉材料。从目前各种材料研究结果对比来看，无论是单晶金刚石，还是多晶金刚石薄膜，热导率均远大于其他衬底材料。所以，将单晶金刚石或多晶金刚石薄膜作为热沉材料，来提高半导体器件的散热能力，是被广泛共识的未来的散热方案之一。

　　2024年11月11日，黄河旋风与厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院成立集成电路热控联合实验室，针对5G/6G、AI以及相控阵雷达领域芯片散热难题，开展基于金刚石材料的集成散热应用的创新研究。由黄河旋风提供的多晶金刚石热沉片，为成立的联合实验室开展“集成电路用金刚石材料研发和示范应用”项目突破提供了坚实可靠的保障。

　　黄河旋风于2023年5月份启动了“面向高端应用场景的CVD多晶金刚石薄膜开发”项目。筹建了可以稳定生长多晶金刚石薄膜的洁净实验室，匹配了MPCVD设备运行所需的各种设施，设计了适用于多晶金刚石薄膜生长的独特结构，攻克了热沉级CVD多晶薄膜从设备稳定运行、生长工艺设计及优化、生长衬底的剥离、大直径金刚石薄膜加工易产生翘曲及碎裂、抛光效率及质量等多方面的技术难题。

　　作为功能材料，金刚石的热学、光学、电学及量子特性在不断开发。以金刚石应用为主的热管理材料、光学材料、力学及声学材料、半导体材料具有显著的优势和巨大的发展潜力，在现代高科技领域和国防工业中扮演着重要角色，正成为国际竞争的新热点。基于此，金刚石半导体被认为是极具前景的新型半导体材料，被业界誉为“终极半导体材料”。

　　接下来，黄河旋风将开展直径3英寸及光学级CVD多晶金刚石薄膜的开发工作，并筹建CVD多晶金刚石检测中心，推进CVD金刚石薄膜在热学、光学、电学、声学和电化学等方面的应用。

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