湖南芯片产业(湖南芯片项目)

摘要：将表面改性的金刚石颗粒装入金属模具中，然后将模具和铜放入真空气动浸渍炉中。将炉内抽真空并加热至约1200摄氏度，然后将熔融铜倒入复合坯料中.从粉末填充到排出，大约需要5.将表面改性的金刚石颗粒填充到金属模具中，然后将模具和铜一起放入真空气压浸渍炉中，将炉子变成真空浸渍炉。内部抽真空后，加热至1200摄氏度左右，然后将熔化的铜液倒入复合坯料中……从装粉到出炉，历时约5小时，一炉金刚石/铜复合材料散热性能优异的产品生产准备工作顺利完成。

这是湖南工业职业技术学院高导热“芯”材料学生创新创业团队通过改进生产工艺自主研发的高导热金刚石/铜散热产品。该技术产品的问世将推动我国高功率芯片封装技术的进步，为我国第三代半导体芯片应用体系的升级提供强有力的基础物质支撑。在湖南省第九届“互联网+”大学生创新创业大赛中，团队荣获职业教育赛道创意类一等奖。

学生自建团队攻克中国芯片散热材料

“随着第三代半导体芯片技术的快速发展，芯片的高集成度、小型化趋势明显，对芯片散热的要求也越来越高。然而，芯片热管理材料生产技术流通市场上被国外垄断，不可能进行大规模生产和应用。” 2021年，湖南工业职业学院焊接专业学生杨占旺在课堂上了解到我国芯片散热材料的“卡壳”情况，萌生了自主研发国产芯片散热材料的想法。

课后，他找到了该校材料科学与工程专业的肖静博士作为指导老师，并开始组建团队，最终通过招募选出了15名学生加入。

2021年10月，高岛“核心”材料创新创业团队正式成立。当时，他们只有一项工艺的设备，大部分启动资金都是他们自己筹集的。如今，团队拥有核心技术相关专利8项，项目负责人以第一发明人身份申请专利3项。团队成员近三年荣获全国大学生先进图形技术与产品信息建模创新大赛一等奖。荣获国家级、省级奖项40余项，组织创新创业和科普活动44项。

800次实验、千度高温，工匠精神锐意进取

“这种钨粉旋转得更快，而且钻石还有两侧没有镀钨。” “这一面，钨粉镀得不均匀。”……在长沙市望城区的加工中心，杨占占和团队成员陈月芬研究金刚石表面修饰问题，一次往往需要三个小时。他们的目标是利用自主研发的金刚石表面改性装置，在12个50-400微米的金刚石表面均匀涂覆钨粉，从而降低界面热阻，更好地结合金刚石和铜。

“金刚石/铜复合材料被誉为最有前途的新一代热管理材料。然而，金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，如何将其与铜结合以降低界面热阻，采用什么方法？减少产量成本是团队面临的一个难题。”肖静老师表示，团队走访调研了50多家企业，查阅了上千份文件后，最终决定“啃”这颗硬坚果。

团队选择与湖南浩威科技发展有限公司合作，他们经常往返于学校和公司之间。他们要完成产品设计的“脑力劳动”和搬运重物的“体力劳动”。他们常常将重达10公斤的坩埚搬到4米高的炉顶，打开重约100公斤的炉盖，将钻石、铜锭和坩埚一起放入炉内。炉子运行时，炉内温度高达数千摄氏度，炉外温度接近40摄氏度。每个人都从厚厚的工作服中冒出汗来，脸都被“烤”红了。

“我们重新开始，再一次尝试。我们进行了800多次实验。机器开机后，我们要停留三个多小时，记录金刚石/铜复合材料在不同温度和压力下的生产状态。”参数。我们经常错过吃饭时间。”陈月芬说道。

通过金刚石表面改性工艺的创新、真空和气压浸渗设备的创新以及模具数字化设计和制造工艺的创新，团队成功将金刚石/铜复合材料的导热系数从700W/m·K提高到890W/m·K。 m·K ，产品表面粗糙度由1.6微米降低至0.8微米以下。

每炉5小时量产，助力中国芯片升级迭代

“以前企业生产一炉金刚石/铜复合制品需要9.5小时，现在我们可以控制到5小时/炉。经计算，每炉可节省电力165千瓦时，降低能耗30%。”同时，金刚石/铜复合产品的设备成本从300万元降低到190万元。”肖晶表示，团队解决了金刚石/铜产品加工精度和效率的平衡问题。产品精度可控制在0.01毫米，使金刚石/铜复合材料规模化生产从理想变成了现实。

“芯片在工作时会产生大量的热量，我们生产的金刚石/铜复合材料导热系数高，热膨胀系数与芯片非常匹配，可以解决大多数芯片的散热问题。”杨占占介绍，从钉壳状开始，团队生产的产品就可以从手机大小的芯片开始使用。这将有助于提升我国高端芯片的性能，助力我国芯片升级迭代。

据了解，这款高端芯片散热产品可应用于数据中心、5G基站、新能源汽车等行业。团队已为华为、合肥盛达电子等多家领先企业提供产品试用，各项性能指标均满足使用要求。目前，不少企业已向团队成员伸出橄榄枝，进行合作生产。