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有研集团硬核突破！金刚石铜微通道散热器，突破4000kW/m²
2025年09月30日
近日，有研集团有限公司有色金属与加工国家重点实验室孙明美、郭宏团队为破解高功率芯片近结区散热难题，以金刚石铜（DC）复合材料（含 DC60、DC75 两种型号）与钼铜（MoCu50）为基板，通过去离子水流动沸腾实验结合可视化技术，验证了金刚石铜材料在散热性能上的突破性优势。
相较于 MoCu50 散热器，金刚石铜散热器的传热性能实现质的飞跃。其中 DC75 表现最为突出，在最高热流密度达 4012.14kW/m² 时，仍能保持散热优势，热传系数峰值达 127.48kW/(m²・K)，是 MoCu50 的三倍，且全程未出现干涸现象 —— 这意味着即使在芯片高负载运行的极端场景下，DC75 也能稳定带走热量，避免器件因局部过热失效。
该研究首次将第四代热管理材料（金刚石铜）与开放式微通道流动沸腾技术结合，验证了 “材料特性 - 结构设计 - 传热机制” 协同优化的可行性。相较于传统散热器，金刚石铜微通道散热器在高热流密度适应性、运行稳定性、半导体材料兼容性上均实现突破，尤其适用于航空航天雷达、卫星通信、超级计算中心等对散热要求严苛的场景，为下一代高功率芯片热管理方案提供了关键技术支撑。研究成果以“Subcooled flow boiling in diamond/Cu microchannel heat sinks for near-junction chip cooling”为题发表在《Case Studies in Thermal Engineering》期刊。
为解决材料适配难题，热管理材料已历经四代迭代，如今第四代热管理材料——金刚石金属（铜、铝）复合材料正成为研究热点。金刚石拥有2200-2600W/mK 的超高热导率，且线膨胀系数低，与铜复合形成的金刚石铜（DC）复合材料，不仅线膨胀系数大幅降低，热导率更远超钨铜、金刚石铝等传统复合材料，完美契合第三代半导体的热管理需求。
此前，纯金刚石薄膜虽被尝试用作芯片级导热基板，但其加工性能极差，难以与微通道流动沸腾技术结合；而钼铜（MoCu）与金刚石铜（DC）材料兼具低线膨胀系数与良好加工性，为近结区微通道散热器的研发提供了新可能