在5G通信技术浪潮席卷全球的今天，高速率、低延迟、广连接的技术特性正以前所未有的深度重塑数字世界。5G芯片，作为这场技术革命的核心引擎，其性能的每一次跃升都伴随着功耗的指数级增长和热流密度的急剧攀升。当传统的散热技术逐渐触及物理极限，一种被誉为“终极散热材料”的金刚石热沉片正脱颖而出，以其卓越的热管理能力，为5G芯片的持续演进提供了颠覆性的解决方案，成为突破“热障”瓶颈的关键所在。
5G芯片的热挑战是系统性的、多维度的。传统的散热方案，如铜、铝等金属热沉，或新兴的氮化铝、氧化铍等陶瓷基板，其热导率通常在200-400 W/(m·K)范围内。面对5G芯片的极端热负荷，它们已显得力不从心。热阻过高导致从结到壳的温升过大，迫使芯片要么降频运行以牺牲性能，要么面临过热失效的风险。因此，寻找具有更高热导率的衬底或热扩展材料，实现热量从芯片结区到外部环境的快速、高效输运，已成为5G产业迫在眉睫的核心课题。
将金刚石的超凡特性转化为5G芯片的散热解决方案，依赖于一系列精密的材料制备与集成技术。
直接键合型热沉片：将制备好的金刚石薄片通过金属化（如Ti/Pt/Au）后，与芯片背面或热点区域进行共晶键合（如Au-Sn）或瞬态液相键合。这是目前最直接有效的方案，尤其适用于高功率密度器件，如GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）。
金刚石上GaN外延：直接在单晶金刚石衬底上外延生长GaN器件层。这实现了热量从有源区到热沉的“最短路径”，散热效能最高，是终极解决方案之一。但技术挑战巨大，涉及晶格失配与热失配的精细调控。
金刚石复合基板：将CVD金刚石薄膜沉积在Mo、Cu或其他衬底上形成复合基板，或制成金刚石颗粒增强的金属基复合材料。这类方案在保持优异导热的同时，兼顾了机械支撑、可加工性和成本，适用于对成本更敏感的领域。
嵌入式微通道冷却：利用激光或刻蚀技术在金刚石内部加工出微米尺度的流体通道，结合微流道液冷技术，实现对流与传导的复合强化散热，可应对千瓦级乃至更高的热耗散需求。
显著降低结温：实验数据表明，采用金刚石热沉替代传统Cu或CuW热沉，可使GaN功率放大器的结温降低30%以上。结温每降低10-15°C，器件寿命可延长约一倍。
提升输出功率与效率：更低的温度意味着更优的载流子迁移率和更低的导通电阻，使得功率放大器能在更高功率下工作，同时提升功率附加效率（PAE），这对于基站节能和延长终端设备续航至关重要。
增强功率密度与集成度：有效的散热允许芯片设计采用更紧凑的布局，承受更高的功率密度，从而支持更复杂的多功能集成，推动设备小型化。
保障高频稳定性：对于毫米波频段的5G芯片，温度波动会严重影响射频性能的稳定性。金刚石热沉优异的均温性，是保障高频信号质量一致性的关键。
从材料科学的突破，到封装集成技术的创新，金刚石热沉片代表了一条从根本上解决5G芯片散热瓶颈的技术路径。它不仅仅是散热部件的升级，更是赋能5G芯片突破现有性能边界、迈向更高频、更高功率、更高集成度的关键使能技术。在通往6G甚至更远未来的道路上，如何高效管理极致算力与通信能力所产生的“热量”，将持续是核心命题。
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。
