隨著芯(xin)片(pian)(pian)功(gong)耗的持續上(shang)升，傳統散(san)熱(re)材(cai)料（如(ru)鋁、銅）在導(dao)熱(re)效率(lv)、重(zhong)量、成(cheng)(cheng)本(ben)等方面逐漸暴露出局限性。因此，如(ru)何開發新型(xing)散(san)熱(re)材(cai)料，提升高(gao)功(gong)率(lv)封裝(zhuang)的熱(re)管(guan)理能力，成(cheng)(cheng)為行(xing)業關注的重(zhong)點。本(ben)文將圍繞(rao)新型(xing)散(san)熱(re)材(cai)料的種類、特點及(ji)其在高(gao)功(gong)率(lv)封裝(zhuang)中(zhong)的實際應用展開討(tao)論，分析它們如(ru)何助力芯(xin)片(pian)(pian)散(san)熱(re)優(you)化(hua)。

　　一、為什么需要新型散熱材料？

　　首先，芯(xin)(xin)片功耗(hao)(hao)密度不斷(duan)提(ti)高(gao)，尤其(qi)是在(zai)服務器(qi)CPU、AI GPU、5G基站射頻(pin)模塊等領(ling)域(yu)，單位(wei)面積上的(de)(de)發熱(re)(re)量(liang)急(ji)劇增(zeng)加。例如(ru)，英偉達H100 GPU功耗(hao)(hao)高(gao)達700W，AMD MI300X數據(ju)中心AI芯(xin)(xin)片功耗(hao)(hao)甚至突破1000W，傳統散熱(re)(re)材料(liao)已(yi)難以滿足需求(qiu)。其(qi)次(ci)，3D封裝(zhuang)、Chiplet等先進封裝(zhuang)技術的(de)(de)普(pu)及，使(shi)得多個(ge)芯(xin)(xin)片堆(dui)疊在(zai)一起，導(dao)(dao)致熱(re)(re)量(liang)更難擴(kuo)散，局部熱(re)(re)點問題(ti)加劇。最后，傳統金屬材料(liao)（如(ru)銅、鋁）雖(sui)然具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)(re)性，但其(qi)重量(liang)較(jiao)大、機械(xie)強度有限，且在(zai)高(gao)頻(pin)應用中容易引(yin)發電磁干擾（EMI）問題(ti)，因此(ci)行(xing)業迫切需要探(tan)索更高(gao)效的(de)(de)散熱(re)(re)材料(liao)。

　　二(er)、新(xin)型散熱(re)材(cai)料的種(zhong)類及特點

　　1.高(gao)導熱陶瓷材料

　　氮化(hua)(hua)鋁(lv)（AlN）和(he)氮化(hua)(hua)硅（Si?N?）等陶瓷材料的(de)熱(re)導率可達100~200 W/(m·K)，并且具備優異的(de)機械強度和(he)電(dian)絕緣性，成為功率電(dian)子(zi)封裝的(de)首選。例如(ru)，在電(dian)動(dong)汽車的(de)SiC功率模(mo)塊中，氮化(hua)(hua)硅AMB（活性金(jin)屬(shu)釬焊）基板已廣(guang)泛用(yong)于提升(sheng)散熱(re)性能。

　　2.碳基高導(dao)熱材料

　　碳(tan)材料的(de)高(gao)(gao)導熱(re)(re)性和輕(qing)量化特(te)性使其成(cheng)為未來(lai)散熱(re)(re)材料的(de)熱(re)(re)門方(fang)向。其中，石墨烯的(de)理論熱(re)(re)導率高(gao)(gao)達5000 W/(m·K)，比銅高(gao)(gao)出十(shi)倍，但由于制備難度大，目(mu)前主要(yao)用于導熱(re)(re)填料、涂層和復合材料。人工(gong)合成(cheng)的(de)高(gao)(gao)取(qu)向熱(re)(re)解石墨（HOPG）也具有(you)極高(gao)(gao)的(de)面內熱(re)(re)導率（>1500 W/(m·K)），在智能手機、筆記(ji)本(ben)電(dian)腦等消(xiao)費電(dian)子散熱(re)(re)領域得(de)到廣(guang)泛(fan)應(ying)用。

　　此外，碳(tan)納米(mi)管（CNT）和鉆石復合材料也在研究中，例如美(mei)國半導體公司(si)CVD Diamond開(kai)發的金剛(gang)石基板(ban)，熱導率可達2000 W/(m·K)，適(shi)用于射頻功率器件的散熱優化(hua)。

　　3.液態金(jin)屬(shu)散熱材(cai)料

　　液態金屬（如鎵基(ji)合金）因其超高(gao)的熱(re)(re)導率(lv)(lv)(lv)（>30 W/(m·K)）和極低的界面熱(re)(re)阻，成為(wei)高(gao)端散熱(re)(re)應(ying)用(yong)的突破(po)性方案(an)。例(li)如，英特爾(er)和AMD已在高(gao)性能處理器上應(ying)用(yong)液態金屬導熱(re)(re)界面材料（TIM），相(xiang)比傳統硅(gui)脂導熱(re)(re)效率(lv)(lv)(lv)提高(gao)3~5倍，有(you)效降低核(he)心溫度。此(ci)外(wai)，液態金屬還可用(yong)于微流道冷卻系統，使冷卻液直(zhi)接接觸芯片，提高(gao)散熱(re)(re)效率(lv)(lv)(lv)。

　　4.相變材料(liao)（PCM）

　　相變(bian)材料通過吸收(shou)和釋放(fang)潛(qian)熱(re)來調(diao)節(jie)溫度，適用于短時(shi)高功率脈(mo)沖散熱(re)。例如，某些(xie)石蠟(la)基PCM可(ke)在(zai)50~100°C范(fan)圍(wei)內(nei)熔化并吸收(shou)大量熱(re)量，避免芯片溫度驟升，在(zai)5G基站、激光器等(deng)高脈(mo)沖功率設備中有較大應用潛(qian)力(li)。

　　三、新型散熱材料的(de)應用案(an)例

　　1.氮(dan)化硅基板在SiC功率模塊中(zhong)的應用(yong)

　　以特斯拉Model 3的(de)SiC MOSFET功率模(mo)塊為(wei)例，其逆變器(qi)采用了(le)氮(dan)化硅AMB基板，相比傳統鋁氧化物（Al?O?）基板，導熱(re)率提(ti)(ti)高了(le)約(yue)3倍（從20 W/(m·K)提(ti)(ti)升(sheng)至90 W/(m·K)），顯著降低了(le)功率器(qi)件的(de)結(jie)溫(wen)，提(ti)(ti)高了(le)電動汽車的(de)續航能力和可靠(kao)性(xing)。

　　2.石墨烯(xi)散熱(re)片在智能手機(ji)中的應用

　　三星Galaxy系列、蘋果iPhone等(deng)高(gao)端智能(neng)手(shou)機(ji)，已經采用石墨烯散熱(re)片替代傳統銅(tong)箔(bo)散熱(re)方案。相(xiang)比銅(tong)材，石墨烯不僅重(zhong)量更(geng)輕，而且能(neng)在(zai)超薄結構(gou)中提(ti)供更(geng)高(gao)的面內導熱(re)性，幫助手(shou)機(ji)在(zai)高(gao)負載應用（如游(you)戲(xi)、高(gao)清視(shi)頻播放）下(xia)更(geng)好地控制溫度。

　　3.液態金屬(shu)TIM在高端CPU/GPU中的應用

　　英(ying)特(te)爾的(de)Core i9、AMD的(de)Ryzen 7000系列(lie)處(chu)理(li)器，以及索尼(ni)PS5的(de)游戲(xi)主機，均采用鎵基液態(tai)金屬TIM，使核心(xin)溫度相比傳(chuan)統硅脂降(jiang)低了5~10°C，顯著提升了高負載場景(jing)下的(de)散熱性能。

　　四、未來展望

　　隨(sui)著AI計算、自動駕駛、電動汽車等(deng)高功(gong)(gong)率應用(yong)的(de)(de)發展，新型散熱(re)(re)(re)材料仍在(zai)不斷(duan)創(chuang)新。未(wei)來，超高導熱(re)(re)(re)石(shi)墨烯、多功(gong)(gong)能(neng)復合(he)(he)材料（如金剛石(shi)-銅復合(he)(he)基板）、片上微流道(dao)冷卻等(deng)技術(shu)可(ke)能(neng)會進入(ru)大(da)規模應用(yong)。同時，智能(neng)化散熱(re)(re)(re)系統，如AI控制的(de)(de)動態散熱(re)(re)(re)管(guan)理(li)、實時可(ke)調節相變材料，將(jiang)進一步提升封裝(zhuang)的(de)(de)熱(re)(re)(re)管(guan)理(li)效率。