Beyond Copper: Kuinka korkean lämmönjohtavuuden timantti mahdollistaa nopeamman ja luotettavamman puolijohteiden jäähdytyksen

Puhdasta kuparia on käytetty puolijohdelämmönpoistoalustana useita vuosikymmeniä, ja sen lämmönjohtavuus on noin 400 W/m·K. Nykyaikana, jolloin AI GPU:t ylittävät 1000W ja SiC/GaN-tehomoduulien lämpövuon tiheys yli 1000 W/cm², kuparin fyysinen raja on saavutettu: hotspotteja ei voida levittää nopeasti, siruliitoksen lämpötila nousee, mikä laukaisee taajuuden laskun ja 10 asteen nousu lämpötilassa johtaa luotettavuuden laskuun 50 %. Pakkaus myös vääntyy ja irtoaa CTE:n (16,7 ppm/aste) ja piin (2,6)/SiC:n välisen yhteensopimattomuuden vuoksi.
Korkean lämmönjohtavuuden synteettinen timantti(monikiteinen CVD 1500–2000 W/m·K, yksikide IIa 2200–2400 W/m·K) on 5–5,5 kertaa kupariin verrattuna, ja CTE on vain 1–2 ppm/aste, jolloin sirun kanssa saavutetaan lähes nolla lämpöero; se on myös sähköeriste, joka mahdollistaa paljaiden muottien suoran kiinnittämisen, ja se kestää 1200 astetta ja 3,5 g/cm³:n tiheyden (kupari 9). CVD-timanttijäähdytyslevy alentaa GPU-liitoksen lämpötilaa 15–25 astetta ja vapauttaa 10–22 % laskentatehosta; timantti{16}}kuparikomposiitti (Timantti/Cu, 40–60 % tilavuusosuus) saavuttaa 600–1000 W/m·K tasapainottaen kustannukset ja valmistettavuuden, ja siitä on tullut AI-palvelimien ja autoteollisuuden {{21}luokan piikarbidi-invertterien tärkein tuotantovoima.

Hankintapäätös: Kyse ei ole "korvataanko vai ei", vaan "miten konfiguroidaan".
Lippulaiva HPC/RF GaN: yksikide-/moni{0}}kristalli-CVD-timanttijäähdytyselementti + Ti/Pt/Au-metallointi, lähellä-liitosta lämmönpoisto;
Valtavirran tekoälypalvelimet/autoteollisuus{0}}teho: Timantti/Cu-komposiittisubstraatti, CTE säädetty vastaamaan piikarbidia;
Tyhjiökammiot ja kannattimet: Volframikupari, molybdeenikupari elektroniikkapakkauksiin, titaaniseos kiekkojen pidikkeisiin ja tyhjiöuunin komponentteihin.
Hajautetun hankinnan sudenkuopat ovat varsin ilmeisiä: Tehopuolijohdetehdas osti erikseen CVD-timantin, volframikuparisubstraatin ja TC4-alustan. Kolmen toimitusaikataulut olivat 2 viikon välein. Timanttipinnan metallointi ei vastannut standardeja, jolloin AuSn-juottoon jäi aukkoja ja koko erä romutettiin. Toinen tehdas osti puhdasta kuparia IHS:ää ja ulkoisti timanttikomposiitin. Rajapinnan lämpövastus ylitti standardin, ja sirujen taajuus pieneni edelleen.