金刚石在半导体产业链的相关应用

中国粉体网讯  众所周知，半导体是众多电子设备和系统的核心战略技术。半导体设计和制造的创新正在推动新的颠覆性技术：5G、物联网、人工智能、电动汽车、先进的国防和安全能力。

在半导体产业链中，加工环节占据着至关重要的地位，是其中极为重要的一环。

半导体加工

半导体加工是从晶棒到单个芯片的过程。从工序上分类，半导体材料的前端加工工艺主要包括晶棒剪裁、晶棒滚圆、晶棒切片、晶圆片研磨、晶圆片倒角与磨边以及晶圆片减薄与抛光；后续封装工艺中包含电路制作、抛光、背面减薄以及划片，这些工序中都离不开金刚石工具的广泛使用。

硅芯片制造流程简图

硅晶圆加工应用的金刚石工具

目前，以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优势，更适用于高电压、高频率场景。同时，碳化硅、氮化镓的硬度大、加工难度大，而金刚石材料其相关产品因其超硬特性，成为第三代半导体加工过程中不可或缺的部分，例如在碳化硅晶片的切割、研磨和抛光等环节，金刚石工具发挥了关键作用。

金刚石减薄砂轮 图源：三磨所

电镀金刚石线 图源：杨凌美畅招股说明书

随着5G、物联网等技术的普及，消费电子行业对精密加工的需求日益增加，金刚石工具和金刚石微粉制品为金属、陶瓷和脆性材料提供了高质量的精密表面处理方案，推动了行业的技术进步和产业升级。

半导体领域其他应用

金刚石芯片 金刚石不仅是自然界中最坚硬的材料，还有惊人的导热性能和高电子迁移率。在高频器件应用中，金刚石芯片可以有效克服“自热效应”，确保设备在高温环境下依然稳定运行。此外，其超宽禁带和高击穿场强使得金刚石成为高功率器件的理想选择。

金刚石热沉 金刚石以其卓越的热导率（可达2000W/m·k，是铜、银的5倍）和优异的绝缘性能，成为高功率器件散热的理想选择。在高功率半导体激光器中，金刚石热沉的应用可以显著提升散热效率，减少热阻，从而增加激光器的输出功率并延长其使用寿命。

电子封装 通过将金刚石颗粒与Ag、Cu、Al等高导热金属基体复合，制备出的金刚石/金属基复合材料已初步展现出其在电子封装领域的巨大潜力。特别是在算力需求激增的当下，金刚石封装基板为高性能芯片的散热问题提供了创新解决方案，助力AI、数据中心等行业的快速发展。

光学窗口 金刚石光学窗口是一种在极端条件下使用的光学器件，常用于导弹导引头等高端军事装备中。金刚石以其最小的热膨胀系数和最高的热导率，成为制造这种窗口的最佳材料之一。金刚石光学窗口能够有效降低温度，确保红外探测器的稳定工作，提高导弹的制导精度和可靠性。

量子科技 在量子科技领域，金刚石的NV色心作为天然的量子比特候选者，为实现固态量子计算和量子信息处理提供了可能。随着量子科技的不断发展，金刚石在量子计算、量子通信和量子传感等领域的应用潜力将得到进一步挖掘和释放。

BDD电极 掺硼金刚石（BDD）电极以其极宽的电化学窗口、极高的析氧电位、极低的吸附特性和优异的抗腐蚀性能，在电化学高级氧化工艺中展现出独特优势。同时，作为污水处理的新型阳极材料，BDD电极能够高效降解有机废水，为环境保护事业贡献力量。

尽管金刚石作为芯片材料的直接应用目前尚显遥远，但其在半导体产业链上的多个环节已经展现出巨大的潜力和价值。从半导体加工到金刚石热沉、封装，再到量子科技及BDD电极应用，金刚石正逐步渗透到半导体行业的各个关键领域，推动技术创新与产业升级。

Element Six一直专注于人造金刚石等超硬材料的合成与加工工艺，提供尖端的金刚石和硬质合金精密部件。Element Six金刚石具有一系列卓越的特性, 为半导体和消费电子价值链的多个阶段的客户提供解决方案，已成为不可或缺并大放异彩的泛半导体基础材料。

2024年12月24日，中国粉体网将在河南·郑州举办“2024半导体行业用金刚石材料技术大会”。届时，我们邀请到Element Six（元素六）亚洲战略业务总监秦景霞出席本次大会并作题为《金刚石在半导体产业链的相关应用》的报告，将统述如何利用CVD、HPHT金刚石的卓越的硬度，导热，光电，量子等特性在半导体行业的综合应用：从芯片设计， 到芯片制造（前端衬底加工， 后端装配，封装，测试），再到电子设备成品制备。

个人简介

秦景霞，Element Six（元素六）亚洲战略业务总监，毕业于湖南大学机械设计制造及其自动化专业，深耕于金刚石，立方氮化硼，硬质合金等超硬材料的各种工业应用以及前沿应用十余年，立足国际领先品牌平台，借力中国超硬材料制品行业的产业集群优势，熟知相关产品的各类传统应用，前沿应用，及各行业发展的脉动趋势。

参考来源：

1.杨凌美畅招股说明书，三磨所官网，超硬材料网

2.闫志瑞等. 半导体硅片制备技术及产业现状.金刚石与磨料磨具工程

3.轩闯等. 半导体加工用金刚石工具现状.超硬材料工程

（中国粉体网编辑整理/轻言）

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