現代芯片正朝著高集成化、小型化方向快速迭代，第三代半導體材料（碳化硅、氮化鎵等）雖憑借高擊穿電場、高熱導率等突出特性得到廣泛應用，卻也帶來了超高功率密度的散熱難題。傳統金屬散熱材料（如鋁合金、銅合金）已無法適配高效散熱需求，而金剛石憑借約2000 W/m·K的超高熱導率及低密度優勢，成為高端熱沉材料的理想之選。將金剛石與微通道液體冷卻技術相結合，可顯著提升散熱性能，達成10000–25000 W/(m2·K)的高散熱傳輸系數。
金剛石極高的硬度給微結構精密成形帶來了極大挑戰，傳統機械加工難以實現精準加工。激光加工因具備非接觸、無應力、無刀具磨損等獨特優勢，成為金剛石微加工的首選技術，但以往相關研究多采用納秒激光，所制備的微通道存在深度較淺（<200 μm）、石墨化現象突出、側壁錐度大等問題，無法滿足高深寬比、高精度的實際應用要求。
針對上述行業痛點，哈爾濱工業大學李俐群研究團隊在《Journal of Laser Applications》期刊發表題為“Direct preparation of diamond heat dissipation microchannel assemblies by picosecond laser”的研究論文，系統探索皮秒激光直接加工金剛石微通道散熱結構的工藝路徑，成功實現了從微結構加工到完整器件集成的關鍵性突破。
該研究采用紅外皮秒激光對多晶金剛石進行微加工實驗，重點研究單脈沖能量、掃描速度、重復頻率等核心工藝參數，對金剛石石墨化程度、微通道尺寸及側壁錐度的調控機制。通過優化工藝參數，有效抑制了石墨化現象，成功制備出深800μm、寬200μm、深寬比達4:1、側壁錐度僅0.9°的高性能微通道；同時，采用20μm掃描間距的交叉掃描策略，獲得底面粗糙度Sa 1.13μm的集水槽，最終完成包含通孔、微通道陣列、集水槽的完整金剛石散熱微通道組件的制備。
該研究系統性攻克了皮秒激光加工金剛石微通道過程中的石墨化控制、側壁錐度抑制、底面粗糙度優化等關鍵工藝難題，實現了深寬比4:1、側壁錐度小于1°的高質量微通道加工，為金剛石在高功率芯片嵌入式液冷散熱領域的應用提供了可行的制造方案。
該成果不僅充分證實了皮秒激光在金剛石精密微加工中的獨特優勢，更為新能源汽車、5G基站、光伏逆變器等領域的高功率電子器件，提供了高效、一體化的散熱組件制備方案。未來，研究團隊將進一步優化激光參數與掃描策略，力爭實現更大尺寸、更復雜結構金剛石熱沉的批量生產，助力第三代半導體產業突破熱管理瓶頸，推動相關領域技術升級。
圖文導讀
會議時間：2026年4月16-17日
會議地址：江蘇?蘇州尹山湖希爾頓酒店（吳中區郭巷街道環湖路1688號）
主辦單位：Flink啟明產鏈、蘇州晶和半導體科技有限公司
協辦單位：國家第三代半導體技術創新中心（蘇州）
會議主席：梁劍波，國家第三代半導體技術創新中心（蘇州）首席科學家
來源：https://doi.org/10.2351/7.0002056
聲明：Flink未來產鏈整理，轉載請聯系：18158256081（同微信）
