中國粉體網(wǎng)訊  眾所周知，半導(dǎo)體是眾多電子設(shè)備和系統(tǒng)的核心戰(zhàn)略技術(shù)。半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造的創(chuàng)新正在推動新的顛覆性技術(shù)：5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、電動汽車、先進(jìn)的國防和安全能力。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，加工環(huán)節(jié)占據(jù)著至關(guān)重要的地位，是其中極為重要的一環(huán)。

半導(dǎo)體加工

半導(dǎo)體加工是從晶棒到單個(gè)芯片的過程。從工序上分類，半導(dǎo)體材料的前端加工工藝主要包括晶棒剪裁、晶棒滾圓、晶棒切片、晶圓片研磨、晶圓片倒角與磨邊以及晶圓片減薄與拋光；后續(xù)封裝工藝中包含電路制作、拋光、背面減薄以及劃片，這些工序中都離不開金剛石工具的廣泛使用。

硅芯片制造流程簡圖

硅晶圓加工應(yīng)用的金剛石工具

目前，以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢，更適用于高電壓、高頻率場景。同時(shí)，碳化硅、氮化鎵的硬度大、加工難度大，而金剛石材料其相關(guān)產(chǎn)品因其超硬特性，成為第三代半導(dǎo)體加工過程中不可或缺的部分，例如在碳化硅晶片的切割、研磨和拋光等環(huán)節(jié)，金剛石工具發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

金剛石減薄砂輪 圖源：三磨所

電鍍金剛石線 圖源：楊凌美暢招股說明書

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的普及，消費(fèi)電子行業(yè)對精密加工的需求日益增加，金剛石工具和金剛石微粉制品為金屬、陶瓷和脆性材料提供了高質(zhì)量的精密表面處理方案，推動了行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級。

半導(dǎo)體領(lǐng)域其他應(yīng)用

金剛石芯片 金剛石不僅是自然界中最堅(jiān)硬的材料，還有驚人的導(dǎo)熱性能和高電子遷移率。在高頻器件應(yīng)用中，金剛石芯片可以有效克服“自熱效應(yīng)”，確保設(shè)備在高溫環(huán)境下依然穩(wěn)定運(yùn)行。此外，其超寬禁帶和高擊穿場強(qiáng)使得金剛石成為高功率器件的理想選擇。

金剛石熱沉 金剛石以其卓越的熱導(dǎo)率（可達(dá)2000W/m·k，是銅、銀的5倍）和優(yōu)異的絕緣性能，成為高功率器件散熱的理想選擇。在高功率半導(dǎo)體激光器中，金剛石熱沉的應(yīng)用可以顯著提升散熱效率，減少熱阻，從而增加激光器的輸出功率并延長其使用壽命。

電子封裝 通過將金剛石顆粒與Ag、Cu、Al等高導(dǎo)熱金屬基體復(fù)合，制備出的金剛石/金屬基復(fù)合材料已初步展現(xiàn)出其在電子封裝領(lǐng)域的巨大潛力。特別是在算力需求激增的當(dāng)下，金剛石封裝基板為高性能芯片的散熱問題提供了創(chuàng)新解決方案，助力AI、數(shù)據(jù)中心等行業(yè)的快速發(fā)展。

光學(xué)窗口 金剛石光學(xué)窗口是一種在極端條件下使用的光學(xué)器件，常用于導(dǎo)彈導(dǎo)引頭等高端軍事裝備中。金剛石以其最小的熱膨脹系數(shù)和最高的熱導(dǎo)率，成為制造這種窗口的最佳材料之一。金剛石光學(xué)窗口能夠有效降低溫度，確保紅外探測器的穩(wěn)定工作，提高導(dǎo)彈的制導(dǎo)精度和可靠性。

量子科技 在量子科技領(lǐng)域，金剛石的NV色心作為天然的量子比特候選者，為實(shí)現(xiàn)固態(tài)量子計(jì)算和量子信息處理提供了可能。隨著量子科技的不斷發(fā)展，金剛石在量子計(jì)算、量子通信和量子傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將得到進(jìn)一步挖掘和釋放。

BDD電極 摻硼金剛石（BDD）電極以其極寬的電化學(xué)窗口、極高的析氧電位、極低的吸附特性和優(yōu)異的抗腐蝕性能，在電化學(xué)高級氧化工藝中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢。同時(shí)，作為污水處理的新型陽極材料，BDD電極能夠高效降解有機(jī)廢水，為環(huán)境保護(hù)事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

盡管金剛石作為芯片材料的直接應(yīng)用目前尚顯遙遠(yuǎn)，但其在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上的多個(gè)環(huán)節(jié)已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的潛力和價(jià)值。從半導(dǎo)體加工到金剛石熱沉、封裝，再到量子科技及BDD電極應(yīng)用，金剛石正逐步滲透到半導(dǎo)體行業(yè)的各個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，推動技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級。

Element Six一直專注于人造金剛石等超硬材料的合成與加工工藝，提供尖端的金剛石和硬質(zhì)合金精密部件。Element Six金剛石具有一系列卓越的特性, 為半導(dǎo)體和消費(fèi)電子價(jià)值鏈的多個(gè)階段的客戶提供解決方案，已成為不可或缺并大放異彩的泛半導(dǎo)體基礎(chǔ)材料。

2024年12月24日，中國粉體網(wǎng)將在河南·鄭州舉辦“2024半導(dǎo)體行業(yè)用金剛石材料技術(shù)大會”。屆時(shí)，我們邀請到Element Six（元素六）亞洲戰(zhàn)略業(yè)務(wù)總監(jiān)秦景霞出席本次大會并作題為《金剛石在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)應(yīng)用》的報(bào)告，將統(tǒng)述如何利用CVD、HPHT金剛石的卓越的硬度，導(dǎo)熱，光電，量子等特性在半導(dǎo)體行業(yè)的綜合應(yīng)用：從芯片設(shè)計(jì)， 到芯片制造（前端襯底加工， 后端裝配，封裝，測試），再到電子設(shè)備成品制備。

個(gè)人簡介

秦景霞，Element Six（元素六）亞洲戰(zhàn)略業(yè)務(wù)總監(jiān)，畢業(yè)于湖南大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)，深耕于金剛石，立方氮化硼，硬質(zhì)合金等超硬材料的各種工業(yè)應(yīng)用以及前沿應(yīng)用十余年，立足國際領(lǐng)先品牌平臺，借力中國超硬材料制品行業(yè)的產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢，熟知相關(guān)產(chǎn)品的各類傳統(tǒng)應(yīng)用，前沿應(yīng)用，及各行業(yè)發(fā)展的脈動趨勢。

參考來源：

1.楊凌美暢招股說明書，三磨所官網(wǎng)，超硬材料網(wǎng)

2.閆志瑞等. 半導(dǎo)體硅片制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀.金剛石與磨料磨具工程

3.軒闖等. 半導(dǎo)體加工用金剛石工具現(xiàn)狀.超硬材料工程

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

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