厦门大学联合华为发布新成果：4英寸金刚石晶圆异质集成

随着5G、人工智能、高性能计算和汽车电子等领域快速发展，芯片集成度和功耗持续攀升。论文指出，现代高性能芯片的功耗已经超过1000 W，传统散热方式逐渐接近性能极限，热管理已成为影响芯片性能、可靠性和寿命的关键因素。

在众多散热材料中，金刚石凭借超过2000 W/(m·K)的超高热导率，以及优异的电学性能、机械稳定性等优势，被认为是下一代芯片散热的重要候选材料。不过，要真正发挥金刚石的散热能力，关键在于如何实现其与硅等半导体材料的高质量异质集成。

目前主要技术路线包括半导体外延生长、直接CVD生长金刚石以及键合技术，其中异质键合能够避免晶格失配和热膨胀系数差异等问题，被认为更具产业应用前景，但仍面临界面热阻高、晶圆翘曲严重以及界面可靠性不足等挑战。

厦门大学团队联合华为技术有限公司、厦门云天半导体科技有限公司展开研究。该研究发表于2026 IEEE 76th Electronic Components and Technology Conference (ECTC)，论文题目为《Collective Die-to-Wafer Bonding of Si Dies and 4-Inch Polycrystalline Diamond Wafer with Ultralow Thermal Boundary Resistance and High Bonding Quality》。

提出4英寸硅/金刚石晶圆级集体键合方案

论文围绕金刚石散热材料产业化过程中面临的晶圆级封装难题，提出了一种面向4英寸多晶金刚石晶圆与硅芯片的集体Die-to-Wafer异质集成方案。

研究团队首先构建包含65颗硅芯片的重组晶圆，同时利用临时键合工艺对4英寸多晶金刚石晶圆进行支撑，以降低因多晶生长残余应力导致的大尺寸晶圆翘曲。在完成表面等离子体活化后，双方分别沉积反应性金属纳米层，并在200℃低温条件下完成晶圆级键合，随后通过激光解键合和切割获得最终样品。整个工艺兼顾了低温加工、晶圆翘曲控制以及大面积集体封装需求，为金刚石热扩散片的晶圆级制造提供了一条可扩展的技术路线。

随后，研究团队通过扫描声学显微镜（SAM）、扫描电子显微镜（SEM）以及时域热反射（TDTR）等多种表征手段，对键合质量、界面微观结构、热边界电阻和可靠性进行了系统评估。实验结果显示，临时键合工艺使4英寸金刚石晶圆翘曲降低约67%，最终实现65颗硅芯片与4英寸金刚石晶圆的集体键合，界面空洞率仅为0.31%。同时，所构建的Si/金刚石界面最低热边界电阻达到20.3 m²·K/GW，已优于多种已有键合方案，并接近采用热丝化学气相沉积（HFCVD）制备结构的水平。

此外，样品还顺利通过150℃、1000小时高温存储、260℃六次回流焊以及-55℃至125℃共1050次冷热循环等可靠性测试，验证了界面具有良好的热稳定性和长期服役能力。