在先進封裝的發展進程上,單位體積內塞入更多的晶片,是未來的趨勢。然而隨之而來的,是熱能不斷的堆疊增加,造成熱量不再能快速擴散,集中形成「熱點」,使得晶片局部的溫度可能比其他部分高數十度。研究指出,當晶片表面溫度達到 70-80℃ 時, 溫度每增加 1℃, 晶片的可靠性就會下降 10%; 晶片溫度每升高 10℃,其運行壽命則會減半,當然更遑論需消耗大量能源進行冷卻,甚至是溫度過高可能引發的安全威脅。若多層晶片之間無法有效散熱,則元件的穩定性將難以維持。與其讓熱量積聚,再用風冷或水冷方式處理,不如一開始在晶片內就開始有效散熱。
鑽石是絕佳的散熱候選人,它具備電絕緣與優異的熱傳導特性,既不會干擾元件的運行,更能高校的將熱源導出。以鍵合的方式來與元件做結合,是最佳的製作方法。它避免了以磊晶方式,成長鑽石膜的高溫缺點,也避免以中介層(如:環氧樹脂),可能引入缺陷的問題,又或者是濕式製程易造成汙染,介面不均勻等品質不易控制的缺點。這篇發表在nature communications的論文,Gou等人依序以下面步驟進行,包含:鑽石膜製作與釋放 → 中介基板轉移 → 表面活化 → 鍵結 → 退火,其中,以氧氣電漿作為活化鑽石膜的電漿源,成功鍵結在矽,鈮酸鋰等基板上。
本篇論文點出成功鍵結的關鍵,除了電漿活化之外,表面粗糙度更是要達到原子級(<0.5 nm)。這兩點技術,青輝科技目前都能提供給客戶。我們已經成功展示,利用超級原子束技術(Super Atom Beam),將鑽石膜表面粗糙度降低< 0.4 nm,詳情可以洽詢青輝技術人員。
