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从SiC衬底到金刚石键合:Coherent搭建AI散热"全链路"版图

08/20 14:33
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第18届中国金刚石相关材料及应用学术研讨会暨2026国际金刚石创新应用大会定于10月14日至16日,在广西·桂林举办

本次会议旨在为金刚石及相关领域的专家、学者、技术人员及企业家搭建高水平学术交流平台。会议将围绕金刚石相关材料的理论创新、技术创新、工艺创新等核心议题展开深度研讨,集中展示国内外最新研究成果与技术进展;针对行业发展趋势、现存瓶颈、破局路径等提出关键共性问题并展开全面剖析,为我国超硬材料行业的创新发展开拓新方向、提出新思路,提共建方案,促进产学研用的深度融合和协同合作,携手推动我国超硬材料行业高质量发展。

诚邀行业各领域专家、学者、技术人员踊跃赐稿、共襄盛会。

近日,全球光子学与材料科学巨头Coherent(高意/相干公司)宣布,已开始向领先AI半导体合作伙伴提供300mm高导热碳化硅SiC)衬底样品。Coherent高级副总裁Craig Mullaney直言:"AI性能正日益受到行业从下一代处理器中移除热量能力的限制。"

这则消息看似是SiC业务的单点突破,但若将其置于Coherent过去一年半的热管理布局中审视,便会发现一条更为清晰的主线:Coherent正在金刚石与SiC两条材料赛道上同步发力,并让它们相互咬合,最终拼凑成一张从"芯片内部"到"系统外部"的全链路热管理网络。

赛道一:SiC衬底——从"材料供应商"到"平台级玩家"的跃迁

SiC作为第三代半导体材料的代表,早已在功率器件领域声名显赫。但在Coherent的叙事中,SiC的角色正在发生微妙而重要的转变——它不再只是功率电子的"主角",而是成为AI芯片热管理的"基石"。

此次300mm高导热SiC衬底出样,标志着Coherent的SiC平台已从内部研发正式跨入客户评估阶段。相较于传统散热基板,该衬底可将热扩散效率提升高达25%,同时保持与现有半导体制造平台的兼容性。更重要的是,Coherent在SiC晶体生长、晶圆切割、抛光和表征方面拥有垂直整合能力,这意味着其不仅能控制成本与良率,还能根据客户需求快速迭代。

战略意义在于规模化。 300mm是当下先进逻辑芯片制造的主流晶圆尺寸,Coherent选择在这一节点切入,显然不是为了做小批量定制,而是为未来的大规模量产预留接口。当AI芯片功耗在2030年可能突破2000W时,散热基板的供给能力将与算力本身同等重要。

赛道二:金刚石热管理——"材料皇冠"上的垂直整合

如果说SiC是Coherent热管理版图的"地基",那么金刚石就是其瞄准的"天花板"。

自2025年6月起,Coherent在金刚石领域的动作密集而精准:

2025年6月:推出金刚石-碳化硅陶瓷复合材料,各向同性导热系数突破800 W/(m·K),约为铜的两倍,且热膨胀系数与硅高度匹配,可直接与半导体器件集成。这一材料被视为填补了中高端热管理市场的空白。

2026年1月:发布可键合金刚石热管理解决方案,通过精密表面处理实现金刚石与硅、SiC、氮化镓等半导体材料的直接键合,界面热阻降低高达99%,可应用于最大100mm见方的芯片。

2026年3月:发布Thermadite™ 800液冷板,基于金刚石-SiC复合材料体系,在SiC基体中集成金刚石,同时内部加工微通道液冷结构。

值得注意的是,Coherent并非金刚石领域的"新玩家"。工程材料业务集团高级副总裁Steve Rummel明确表示,公司"自2010年以来一直是全球最大的工业金刚石生产商之一",拥有从金刚石生长、表面精加工到先进涂层的全链条垂直整合能力。这种"从原石到键合"的掌控力,在业界极为稀缺。

双赛道协同:四层矩阵构建"全链路"散热能力

四层产品并非各自为战,而是构成了从"芯片内部"到"系统外部"的完整散热链路。这种"全栈式"布局在热管理领域极为罕见——大多数厂商往往只专注于某一环节,而Coherent选择将材料、界面、基板、液冷全部纳入自己的技术半径。

战略前瞻:C2W商业化或已不远

在Coherent的产品定义中,一个细节值得玩味:可键合金刚石方案"可应用于最大尺寸为100mm见方的芯片"。这一表述强烈暗示了Chip-to-Wafer(C2W)路线——即单颗芯片与单颗金刚石贴片的键合,而非整张晶圆级别的Wafer-to-Wafer(W2W)。

从商业逻辑看,这一推测有其合理性:

首先,经济性决定路径选择。 W2W虽然在产能吞吐量上具有碾压性优势(整张12英寸晶圆一次性键合仅需数分钟),但风险高度集中——整张晶圆上只要有1%的区域存在缺陷,便意味着一批芯片全部报废。相比之下,C2W即便贴合过程有5%的损耗,损失的也只是一颗芯片加一颗金刚石贴片,良率成本的可控性显著更优。

其次,商业化阶段匹配技术成熟度。 可键合金刚石自2026年1月发布以来,仍处于客户合作开发阶段,尚未有公开信息表明其已完成客户认证或小批量出货。在商业化早期选择低试错成本、高良率的C2W路线,显然更符合商业理性。

最后,垂直整合能力提供技术支撑。 Coherent自身具备从大规模CVD金刚石生长、高一致性表面加工,到半导体级涂层与键合工艺的全链条能力,这为C2W路线所需的精密贴片与键合工艺提供了坚实基础。

综合产品定义、经济性、商业化阶段和自身能力四个维度,Coherent短期内大概率会优先推进C2W路线的商业化落地。 而300mm SiC衬底的出样,恰好为可键合金刚石打通了通往头部AI芯片客户的"最后一公里"——通过SiC衬底的送样与验证,Coherent得以与目标客户建立直接的技术合作关系,为后续推广更高价值的金刚石键合方案铺设市场通道。

当然,W2W作为远期方向仍不可忽视。对于2030年功耗突破2000W的AI芯片而言,全晶圆级散热方案在散热均匀性和产能吞吐量上的优势,将使其长期价值难以被替代。但W2W面临的大尺寸金刚石晶圆获取、晶圆级平整度控制、晶圆级直接键合等瓶颈,仍需时日突破。

结语:材料平台的"飞轮效应"

2026年3月,英伟达斥资20亿美元战略投资Coherent,锁定长期产能。同月,Coherent在OFC 2026上首次将热管理业务的可服务市场规模(TAM)定为20亿美元。资本与市场的双重认可,印证了Coherent"材料平台"战略的前瞻性。

从SiC到金刚石,从衬底到键合,Coherent正在做一件行业少有人尝试的事:不是卖单一材料,而是卖"热管理问题的完整答案"。 当AI芯片的功耗曲线持续陡峭上升,散热能力已成为算力释放的硬约束。在这一背景下,Coherent的双赛道布局不仅是产品线的扩张,更是对AI基础设施"材料底座"的重新定义。

金刚石C2W到底还有多远?答案或许比想象中更近——Coherent已经搭建好了从SiC衬底到Thermadite™ 800、再到可键合金刚石的完整阶梯,每一步都是在为下一步蓄力。需要的,或许只是时间,以及AI芯片功耗继续攀升的"倒逼"。

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