高性能芯片成为人工智能（Artificial Intelligence，AI）、深度学习、云计算、超级电脑等前沿技术的共同刚需。然而，主流发展方向下摩尔定律放缓，芯片制程逼近物理极限，先进封装技术成为延续芯片性能提升的重要途径。在2.5D/3D封装技术中，金刚石热沉片以其卓越的热导率（高达2000 W·m-1K-1）成为解决高性能芯片散热问题的理想方案。
目前，常见的Si、SiC和 GaN等半导体材料热导率都相对较低，通常不超过500 W·m-1K-1，而大功率电子器件功率密度可达1000 W·cm-2；同时，不同功能区域间的功率密度差异会导致芯片内部温度分布的不均，局部热点甚至是芯片平均发热功率密度的5~10倍。
金刚石片或膜是目前自然界存在的最高热导率热沉材料，有望将积累的热量有效导出，达到理想的散热效果，已被广泛认为是提高半导体器件散热能力的未来方案之一。无论是单晶金刚石，还是多晶金刚石，其热导率均远大于其他衬底材料，可作为替代其他散热衬底材料的更优方案。
金刚石衬底 GaN-HEMT 器件热传输示意图
金刚石与半导体器件的连接方式决定了散热效果的优劣。金刚石若能与半导体材料直接连接，则可充分发挥金刚石热导率高的特性，因此直连工艺研究一直是研究热点。金刚石与半导体的直接连接主要方式有：1）金刚石与半导体间通过沉积工艺实现直接连接；2）金刚石与半导体间通过低温键合实现直接连接。
现有金刚石与半导体器件连接工艺的技术路线图
在制备好的半导体器件上直接沉积一层金刚石膜或在器件正面沉积金刚石钝化层可以提高器件向上的散热能力，但热膨胀适配问题仍会导致外延层开裂。同时，CVD工艺沉积金刚石散热层时，一般需要在高温（＞700℃）及高浓度的氢等离子体氛围下，会严重刻蚀 Si、SiC 和 GaN等半导体，导致其电学等性能严重下降。
为了避免直接外延生长需要的高温和氢等离子体环境，先利用外延生长工艺在衬底上沉积半导体材料，然后去除衬底，并与金刚石衬底进行低温键合的方法得到广泛研究。无论是多晶金刚石，还是单晶金刚石，都可作为低温键合的热沉基板，这大大降低了制备金刚石衬底的难度；并且半导体外延层和金刚石热沉基板可在键合前独立制备，这精简了金刚石基半导体器件的工艺。
低温键合工艺虽然规避了外延生长的难点，但要求金刚石热沉基板和半导体外延层表面平整、翘曲度小、表面粗糙度低(＜1 nm)，这对目前加工工艺挑战较大。此外，直接键合时的压力大小和保压时间等难以有效控制，导致试样在键合过程中易破碎，良品率较低，尤其是大尺寸的试样更是难以实现，目前还在实验室探索阶段，仅在毫米尺度的小尺寸芯片上获得过成功，还无法大规模应用。
虽然金刚石散热片最理想的应用方式是与芯片直连，但利用金属进行芯片与基板间的间接连接封装，在半导体行业是一种较成熟的工艺。常用的工艺有使用焊料（锡铅或无铅）的软钎焊、使用低熔点中间层（如金锡共晶合金）的瞬时液相扩散焊和纳米银低温烧结等方式。
化合积电采用mpcvd法制备大尺寸、高品质金刚石，目前已有成熟产品:金刚石热沉片、金刚石晶圆、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等，其中金刚石热沉片热导率（1000-2200W/m.k)，晶圆级金刚石表面粗糙度Ra<1 nm，在散热领域中应用广泛，包括高功率半导体激光器、光通信、芯片散热、核聚变、航空航天等领域。
