在科技飞速发展的当下，高功率芯片在人工智能、高性能计算等领域广泛应用。然而，芯片功率密度的不断攀升带来了严峻的散热挑战，传统散热材料和技术渐显不足。在此背景下，将具有超高热导率和低热膨胀系数的金刚石与高效散热的微通道技术相结合，为解决AI高功率芯片散热问题提供了极具潜力的方案。金刚石具有极高的热导率，可达 2000 - 2200W/m・K，是铜的 5 倍以上 。将金刚石应用于微通道基板，可显著提升基板的散热能力。当芯片产生的热量传递到金刚石微通道基板时，金刚石能够快速将热量传导至微通道内的冷却介质（如水）中，实现高效散热。
道尺寸与间距设计：针对高功率 IGBT 模块等器件，根据其热流分布特点，精确设计微通道的尺寸与间距。对于热流密度较高的区域，适当减小通道间距、增大通道尺寸，以提高散热效率。通过数值模拟和实验验证，优化通道结构，确保冷却介质在微通道内的流动均匀性和传热效率 。
材料组合优化：采用金刚石与金属（如铜）的复合材料制备微通道基板。例如，DC 复合材料通过高温压浸技术将金刚石颗粒与铜基体结合，其中 DC60 和 DC75 的金刚石颗粒体积分数分别为 60% 和 75%，且 DC75 中采用了不同粒径的金刚石颗粒形成分级混合结构，进一步提高了复合材料的热导率和热膨胀系数的匹配性 。
结构功能一体化设计：制作结构功能一体化的开放式微通道热沉，如 DC60、DC75 等。这种设计不仅增强了传热性能，还提高了微通道散热器在流动沸腾过程中的流动稳定性和较低的压降，有利于提高散热系统的整体性能 。
金刚石微通道基板是核心部件，直接与芯片接触，承担着快速传导和散发芯片热量的关键作用。其高热导率使得热量能够迅速从芯片传递到微通道内的冷却介质，有效降低芯片温度。例如，在高算力 AI 芯片封装散热应用中，金刚石微通道基板可将芯片产生的热量高效导出，保障芯片稳定运行 。
在微通道散热系统中，散热鳍片用于增大散热面积，提高散热效率。采用金刚石材料制作散热鳍片，可进一步提升其散热性能。由于金刚石的热导率高，热量能够更快地从鳍片底部传导至顶部，增强了鳍片与周围空气或冷却介质的热交换能力 。
热界面材料用于填充芯片与微通道基板之间的微小间隙，减小热阻，提高热量传递效率。金刚石具有良好的热导率和低热膨胀系数，可作为热界面材料的添加剂，提高热界面材料的综合性能。例如，将纳米金刚石颗粒添加到导热硅脂等热界面材料中，可显著提升其热导率，降低接触热阻。
金刚石与微通道结合为高功率芯片散热提供了创新且高效的解决方案。通过精准设计金刚石微通道基板，充分发挥其在高功率场景中的散热优势；金刚石在微通道中的多部件应用进一步提升了散热系统的性能。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
