随着AI算力产业高速迭代升级，2.5D、3D先进封装技术全面普及，芯片集成度与运行算力持续突破，设备热流密度不断刷新行业纪录。多层堆叠的封装架构引发的热耦合效应，使得芯片散热难度成倍攀升，传统铜基、铝基散热材料已然触及物理性能极限，高功率AI芯片、高端处理器的热管理难题，成为制约先进半导体产业发展的关键瓶颈。
凭借远超常规金属的超高导热性能，金刚石材料被业界公认为下一代高端半导体散热的核心解决方案。但长期以来，大尺寸金刚石薄膜制备难度大、金刚石与硅基芯片异质键合良率低、产业化成本居高不下等痛点，导致金刚石散热技术始终难以规模化商用，仅局限于军工、航天等小众高端小批量场景。在国内半导体产业加速突破、国际科技巨头加码布局国产供应链的行业背景下，国产金刚石散热产业化迎来关键性拐点。
近日，厦门半导体科创企业化合积电传来重磅突破，其全球首发自主研发的硅基金刚石散热技术已顺利通过海外战略合作伙伴GPU/CPU芯片全套封测验证。实测结果显示，该技术散热性能提升效果显着，可有效大幅降低芯片工作结温，圆满达成预设技术指标。据悉，企业已敲定产业化时间表，将于2026年下半年正式启动批量供应，这也是全球首款具备规模化量产能力的硅基金刚石复合散热技术方案，为高功率半导体芯片散热提供了高可行性、高可靠性的工程化落地新路径。
△ 产品实拍图
△ 中国及美国等地专利号
据了解，该核心技术研发与产业化验证工作始于2024年。为保障技术方案贴合市场真实需求、适配主流芯片应用场景，化合积电牵头联合国内外多家顶尖芯片设计公司及行业知名企业，开展联合设计与技术攻关，系统性完成了技术方案迭代、样品试制、场景实测等全流程工作，顺利实现该技术从实验室样品研发到小批量商业化应用的跨越，彻底打通技术落地的前期壁垒。
知识产权布局方面，化合积电立足长期产业化发展与全球化竞争格局，提前完成中国、美国等全球核心关键市场的发明专利前瞻性布局与申报工作，专利体系全面覆盖金刚石材料制备、复合基板加工、芯片器件集成等全技术链条，构建起自主可控、壁垒扎实的核心知识产权体系，为技术商业化、全球化推广筑牢专利护城河。
针对行业长期面临的大尺寸金刚石薄膜生长难、加工精度低、界面性能不可控等核心技术挑战，化合积电实现全链条自主创新突破。企业通过自研专用生产设备、迭代优化精密生产工艺，成功攻克技术难题，实现超大尺寸硅基多晶金刚石薄膜稳定制备。同时，团队创新研发独特的界面结构与种晶材料设计方案，精准实现薄膜厚度均匀性可控、界面热阻可动态调节，从材料底层解决了传统金刚石散热方案性能不稳定、适配性差的痛点。
△ 金刚石散热方案热仿真结果——芯片结温降低约24°C，高功率密度热点温升抑制效果显著
在工艺适配性上，自研大尺寸硅基金刚石晶圆，可与当前市场主流硅基半导体GPU、CPU芯片的硅基外延片实现多种形式键合适配，兼容性极强。针对行业主流的2.5D/3D先进封装架构，该金刚石/硅复合基板的尺寸、厚度可灵活定制调节，物理特性与芯片材料热膨胀系数高度匹配，能够有效削弱多层堆叠芯片产生的热耦合干扰，解决先进封装场景下的集中散热、热点温升难题，为高端先进封装提供了高效、稳定、可规模化落地的散热解决方案。
△ 化合积电金刚石散热技术方案
相较于传统纯金刚石散热方案，该技术最大的产业化优势在于极致适配现有半导体产线。化合积电创新性将高难度、低良率的金刚石-硅异质键合工艺，转化为半导体行业高度成熟的硅-硅键合工艺，大幅降低键合技术门槛与生产难度，构建出稳定高效的芯片散热通道，在显着降低芯片结温、优化散热效能的同时，无需下游厂商大规模改造产线，极大压缩了技术导入成本与落地周期。此外，硅衬底与硅基芯片热膨胀系数相近，可有效规避器件高低温循环工作中的界面剥离、分层失效风险，长期运行可靠性远超传统纯金刚石散热方案。经仿真模拟与整机实测双重验证，该方案可将芯片峰值结温降低约24℃，对高功率芯片局部热点的温升抑制效果尤为突出。
为全面支撑后续规模化量产与稳定交付，化合积电已建成数字化、智能化双融合的现代化生产工厂，完整打通专用设备定制研发、金刚石薄膜精密磨抛加工、高功率激光微纳切割、器件集成封装等全流程自主工艺体系，实现核心产品全链条自研自产，保障产品性能一致性与交付稳定性。
目前，化合积电已携手海内外高性能计算、AI算力芯片、大型数据中心等高热流密度场景的头部客户，加速推进技术规模化导入与批量交付工作。行业分析认为，过往金刚石散热技术受限于工艺兼容性差、成本高昂等问题，始终难以走向通用半导体市场，而硅基金刚石复合散热技术的落地，成功搭建起金刚石高端散热材料与现有半导体制造体系的适配桥梁。
针对行业发展现状，业内人士客观分析，当前硅基金刚石散热技术刚进入批量供货筹备阶段，大规模量产下的良率稳定性、长期成本下探空间仍有待市场持续验证。但整体来看，该技术的商业化落地节奏已大幅超出行业预期，有望快速破解高端AI芯片散热瓶颈，成为国内半导体热管理领域国产替代的核心突破口。未来，化合积电将持续依托自主知识产权优势，深化与下游产业链客户的联合研发、批量导入、产品迭代等多维度深度战略合作，持续拓展金刚石散热技术在各类高功率半导体场景的应用边界，全速推动我国金刚石高端产业化、规模化发展。
