产品概述
异质集成复合衬底是将金刚石（Diamond）与其他半导体功能材料（如Si、GaN、GaAs、SiC等）通过异质键合/外延技术集成为一体的高性能复合衬底。该衬底充分利用金刚石超高热导率（1000-2000 W/(m·K)）的特性，同时保留功能层（如GaN、SiC等）的优异电学特性，实现"热管理+器件功能"一体化解决方案。
在高功率密度、高频器件日益普及的背景下（如5G基站GaN功放、相控阵雷达、新能源汽车SiC模块），传统衬底的热管理能力严重不足。异质集成复合衬底将金刚石作为散热层引入衬底结构，可在不改变器件工艺的前提下，将结温降低20-40%，显著提升器件输出功率和可靠性。
技术优势
异质集成复合衬底是突破传统半导体衬底热瓶颈的关键技术路线。金刚石作为"终极散热材料"，与功能半导体层的异质集成，可以从根本上解决高功率密度电子器件的结温过高问题。
- 超高导热能力 —— 金刚石层热导率可达2000 W/(m·K)，远超SiC（~490）、Si（~150）等传统衬底材料
- 结温大幅降低 —— 相比同结构传统衬底器件，异质集成方案可降低结温20-40%，功率密度可提升2-5倍
- 工艺兼容性好 —— 金刚石衬底与现有半导体工艺（光刻、刻蚀、金属化）兼容，无需大幅改动产线
- 多功能集成 —— 支持GaN、GaAs、SiC、Si等多种功能材料与金刚石的异质集成，满足不同器件需求
- 高可靠性 —— 金刚石化学惰性、耐高温、抗辐射，适用于严苛环境（航空航天、军用雷达等）
- 低热膨胀匹配 —— 金刚石低热膨胀系数（~1.0×10⁻⁶/K）与GaN、SiC良好匹配，降低热应力
- 电绝缘可选 —— 可根据需要选择本征金刚石（绝缘）或掺杂金刚石（导电）作为散热层
技术参数
提供多种异质集成方案的标准产品，支持客户定制特定功能层材料、厚度与尺寸。以下为典型产品参数。
| 金刚石衬底层参数 | |
|---|---|
| 金刚石类型 | 多晶CVD金刚石 |
| 热导率 | 1000–2000 W/(m·K) |
| 金刚石厚度 | 100μm–500μm（可定制） |
| 体密度 | 3.32 g/cm³ |
| 表面粗糙度（键合面） | Ra < 30 nm（精抛）；< 2 nm（超精抛可定制） |
| 热膨胀系数 | 1.0 × 10⁻⁶ /K (RT) |
| 杨氏模量 | 1000–1100 GPa |
| 体积电阻率 | ≥ 10¹³ Ω·cm（本征） |
| 复合衬底尺寸规格 | |
|---|---|
| 标准尺寸 | 2英寸、3英寸、4英寸圆形；10×10mm、15×15mm方形 |
| 异形定制 | 支持来图定制任意几何形状 |
| 功能层材料 | GaN / SiC / GaAs / Si / AlN 等 |
| 功能层厚度 | 按客户需求定制 |
| 键合方式 | 直接键合 / 中间层辅助键合 |
| 翘曲度（2英寸） | < 300 μm（可定制） |
| TTV（2英寸） | < 60 μm（可定制） |
| 包装 | 单片/多片晶圆盒 |
异质集成方案
| 方案 | 功能层 | 应用方向 | 热导率提升 | 推荐场景 |
|---|---|---|---|---|
| GaN-on-Diamond | GaN HEMT | 5G射频功放、雷达T/R组件 | 3–5× vs GaN-on-SiC | |
| SiC-on-Diamond | SiC MOSFET/SBD | 新能源汽车电控、光伏逆变器 | 2–3× vs SiC衬底 | |
| GaAs-on-Diamond | GaAs HBT/pHEMT | 手机射频前端、毫米波通信 | 2–4× vs GaAs衬底 | |
| Si-on-Diamond | SOI/CMOS | 高性能计算芯片、先进封装 | 5–10× vs 体硅 | |
| AlN-on-Diamond | AlN薄膜 | 深紫外LED、SAW滤波器 | 10× vs 蓝宝石基 |
* 每种异质集成方案可根据客户具体需求定制功能层厚度、掺杂浓度和键合工艺。
应用场景
5G 通信基站射频前端
GaN-on-Diamond 衬底用于5G AAU/RRU射频功放芯片，将GaN HEMT结温降低30%+，输出功率密度提升2-3倍，显著改善基站散热效率。
相控阵雷达 T/R 组件
军用及民用雷达系统T/R组件中GaN功放芯片散热，异质集成衬底确保高占空比下稳定运行，延长装备MTBF。
新能源汽车电控系统
SiC-on-Diamond 衬底用于800V高压平台SiC功率模块，降低开关损耗，提升逆变器功率密度，支持超快充场景。
数据中心 & AI 加速芯片
Si-on-Diamond 用于高性能计算芯片的先进封装散热，金刚石层将芯片热点快速扩散至散热器，解决500W+芯片热瓶颈。
卫星 & 航天电子
金刚石基衬底在真空环境和辐照条件下表现出色，用于星载GaN/GaAs功率放大器及通信载荷，无热对流条件下依然高效导热。
毫米波 & 太赫兹通信
GaAs-on-Diamond / InP-on-Diamond 用于毫米波功放和太赫兹器件，解决高频器件自热效应导致的性能退化问题。
深紫外 LED & 激光器
AlN-on-Diamond 衬底用于UVC LED外延生长，金刚石超高热导率大幅提升深紫外器件光输出功率和寿命。
先进封装 (Advanced Packaging)
金刚石基嵌入封装基板作为热扩散层，用于2.5D/3D封装中多芯片堆叠的热管理，解决chiplet集成中的热串扰问题。
定制与加工能力
我们提供从衬底选型、异质集成方案设计到后加工的一站式服务，帮助客户直接拿到可装配使用的复合衬底产品。
| 衬底定制 | |
|---|---|
| 金刚石厚度 | 100–500 μm（可定制） |
| 功能层材料 | GaN / SiC / GaAs / Si / AlN 等 |
| 标准尺寸 | 2 / 3 / 4 英寸圆形；10×10mm / 15×15mm 方形 |
| 异形定制 | 支持来图定制任意几何形状 |
| 热导率等级 | 1000 / 1200 / 1500 / 1800 / 2000 W/(m·K) |
| 后加工服务 | |
|---|---|
| 金属化 | 提供Ti/Pt/Au、Cr/Au、Ti/Ni/Au等金属镀层方案 |
| 图形化 | 按客户设计需求制作金属化图形电极 |
| 激光切割 & 打孔 | 高精度激光加工，支持微孔阵列、异形切割 |
| 表面精抛 | 键合面Ra < 30nm；超精抛 < 2nm 可定制 |
| 晶圆级键合 | 支持4英寸晶圆级异质键合服务 |