隨著AI技術(shù)的飛速發(fā)展及其對算力的巨大需求，2.5D 及3D封裝技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。相比于硅轉(zhuǎn)接板，采用玻璃轉(zhuǎn)接板的2.5D封裝具有一下優(yōu)勢：1）優(yōu)良的高頻電學(xué)特性；2）大尺寸超薄玻璃襯底易于獲取；3）工藝流程簡單，無需制作通孔側(cè)壁絕緣層；4）大尺寸襯底和簡化工藝流程帶來的低成本優(yōu)勢。另一方面，無論是采用硅轉(zhuǎn)接板還是玻璃轉(zhuǎn)接板的2.5D封裝，以及多個(gè)有源芯片堆疊的3D集成，其更大的集成密度和功率密度對芯片熱管理提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前的冷卻技術(shù)主要依賴于熱通孔、均熱板、強(qiáng)制空氣或液體冷卻，這些封裝級或者板級的散熱技術(shù)造成了更大的外形尺寸和顯著的能源消耗。

金剛石具有極高的各向同性熱電導(dǎo)率（1000-2200 W/(mK)），作為散熱器具有廣闊的前景。目前金剛石的人工合成受限于5英寸圓片，導(dǎo)致其與半導(dǎo)體襯底的晶圓級集成僅限于尺寸較小的III-V族半導(dǎo)體及化合物半導(dǎo)體（GaN、SiC）等；此外，人造金剛石的生長溫度超過400℃，極易對芯片造成破壞。芯片級集成可規(guī)避圓片尺寸小、生長溫度高的問題。然而，傳統(tǒng)的芯片鍵合技術(shù)，例如焊接和銀燒結(jié)，通常會(huì)引入較厚的焊接層，進(jìn)而導(dǎo)致較大的界面熱阻。當(dāng)前亟需一種低溫、低應(yīng)力、低界面熱阻的芯片級金剛石集成工藝。

廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院于大全、鐘毅老師團(tuán)隊(duì)與華為、廈門云天團(tuán)隊(duì)合作，在先進(jìn)封裝玻璃轉(zhuǎn)接板集成芯片-金剛石散熱技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Heterogeneous Integration of Diamond-on-Chip-on-Glass Interposer for Efficient Thermal Management”為題發(fā)表于《IEEE Electron Device Letters》，并被選為當(dāng)期封面文章及編輯精選文章。

于大全教授團(tuán)隊(duì)與華為團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了基于反應(yīng)性納米金屬層的金剛石低溫鍵合技術(shù)（該成果已發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology, 188, 37-43, 2014），克服微凸點(diǎn)保護(hù)、晶圓翹曲等行業(yè)難題，成功將多晶金剛石襯底集成到2.5D玻璃轉(zhuǎn)接板（Interposer）封裝芯片的背面，并采用熱測試芯片（TTV）研究其散熱特性。利用金剛石的超高熱導(dǎo)率，在芯片熱點(diǎn)功率密度為~2 W/mm2時(shí)，集成金剛石散熱襯底使得芯片最高結(jié)溫降低高達(dá)24.1 ℃，芯片封裝熱阻降低28.5%。先進(jìn)封裝芯片-金剛石具有極為優(yōu)越的散熱性能，基于金剛石襯底的先進(jìn)封裝集成芯片散熱具有重大的應(yīng)用前景。

多晶金剛石襯底集成到玻璃轉(zhuǎn)接板封裝芯片背面及其散熱性能表征

這項(xiàng)研究將金剛石低溫鍵合與玻璃轉(zhuǎn)接板技術(shù)相結(jié)合，首次實(shí)現(xiàn)了將多晶金剛石襯底集成到玻璃轉(zhuǎn)接板封裝芯片的背面。該技術(shù)路線符合電子設(shè)備尺寸小型化、重量輕量化的發(fā)展趨勢，同時(shí)與現(xiàn)有散熱方案有效兼容，成為當(dāng)前實(shí)現(xiàn)芯片高效散熱的重要突破路徑，并推動(dòng)了金剛石散熱襯底在先進(jìn)封裝芯片集成的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

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