中國粉體網訊 眾所周知，半導體是眾多電子設備和系統的核心戰略技術。半導體設計和制造的創新正在推動新的顛覆性技術：5G、物聯網、人工智能、電動汽車、先進的國防和安全能力。
在半導體產業鏈中，加工環節占據著至關重要的地位，是其中極為重要的一環。
半導體加工
半導體加工是從晶棒到單個芯片的過程。從工序上分類，半導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體材料具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優勢，更適用于高電壓、高頻率場景。同時，碳化硅、氮化鎵的硬度大、加工難度大，而金剛石材料其相關產品因其超硬特性，成為第三代半導體加工過程中不可或缺的部分，例如在碳化硅晶片的切割、研磨和拋光等環節，金剛石工具發揮了關鍵作用。
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、物聯網等技術的普及，消費電子行業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量的精密表面處理方案，推動了行業的技術進步和產業升級。
半導體領域其他應用
金剛石芯片 金剛石不僅是自然界中最堅硬的材料，還有驚人的導熱性能和高電子遷移率。在高頻器件應用中，金剛石芯片可以有效克服“自熱效應”，確保設備在高溫環境下依然穩定運行。此外，其超寬禁帶和高擊穿場強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率（可達2000W/m·k，是銅、銀的5倍）和優異的絕緣性能，成為高功率器件散熱的理想選擇。在高功率半導體激光器中，金剛石熱沉的應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等高導熱金屬基體復合，制備出的金剛石/金屬基復合材料已初步展現出其在電子封裝領域的巨大潛力。特別是在算力需求激增的當下，金剛石封裝基板為高性能芯片的散熱問題提供了創新解決方案，助力AI、數據中心等行業的快速發展。
光學窗口 金剛石光學窗口是一種在極端條件下使用的光學器件，常用于導彈導引頭等高端軍事裝備中。金剛石以其最小的熱膨脹系數和最高的熱導率，成為制造這種窗口的最佳材料之一。金剛石光學窗口能夠有效降低溫度，確保紅外探測器的穩定工作，提高導彈的制導精度和可靠性。
量子科技 在量子科技領域，金剛石的NV色心作為天然的量子比特候選者，為實現固態量子計算和量子信息處理提供了可能。隨著量子科技的不斷發展，金剛石在量子計算、量子通信和量子傳感等領域的應用潛力將得到進一步挖掘和釋放。
BDD電極 摻硼金剛石（BDD）電極以其極寬的電化學窗口、極高的析氧電位、極低的吸附特性和優異的抗腐蝕性能，在電化學高級氧化工藝中展現出獨特優勢。同時，作為污水處理的新型陽極材料，BDD電極能夠高效降解有機廢水，為環境保護事業貢獻力量。
盡管金剛石作為芯片材料的直接應用目前尚顯遙遠，但其在半導體產業鏈上的多個環節已經展現出巨大的潛力和價值。從半導體加工到金剛石熱沉、封裝，再到量子科技及BDD電極應用，金剛石正逐步滲透到半導體行業的各個關鍵領域，推動技術創新與產業升級。
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合金精密部件。Element Six金剛石具有一系列卓越的特性, 為半導體和消費電子價值鏈的多個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體基礎材料。
2024年12月24日，中國粉體網將在河南·鄭州舉辦“2024半導體行業用金剛石材料技術大會”。屆時，我們邀請到Element Six（元素六）亞洲戰略業務總監秦景霞出席本次大會并作題為《金剛石在半導體產業鏈的相關應用》的報告，將統述如何利用CVD、HPHT金剛石的卓越的硬度，導熱，光電，量子等特性在半導體行業的綜合應用：從芯片設計， 到芯片制造（前端襯底加工， 后端裝配，封裝，測試），再到電子設備成品制備。
個人簡介
秦景霞，Element Six（元素六）亞洲戰略業務總監，畢業于湖南大學機械設計制造及其自動化專業，深耕于金剛石，立方氮化硼，硬質合金等超硬材料的各種工業應用以及前沿應用十余年，立足國際領先品牌平臺，借力中國超硬材料制品行業的產業集群優勢，熟知相關產品的各類傳統應用，前沿應用，及各行業發展的脈動趨勢。
參考來源：
1.楊凌美暢招股說明書，三磨所官網，超硬材料網
2.閆志瑞等. 半導體硅片制備技術及產業現狀.金剛石與磨料磨具工程
3.軒闖等. 半導體加工用金剛石工具現狀.超硬材料工程
（中國粉體網編輯整理/輕言）
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