Πέρα από τον χαλκό: Πώς το διαμάντι υψηλής θερμικής αγωγιμότητας επιτρέπει ταχύτερη και πιο αξιόπιστη ψύξη ημιαγωγών

Ο καθαρός χαλκός χρησιμοποιείται ως ημιαγωγικό υπόστρωμα απαγωγής θερμότητας για αρκετές δεκαετίες, με θερμική αγωγιμότητα περίπου 400 W/m·K. Στην τρέχουσα εποχή όπου οι GPU AI ξεπερνούν τα 1000 W και οι μονάδες ισχύος SiC/GaN έχουν πυκνότητα ροής θερμότητας πάνω από 1000 W/cm², το φυσικό όριο του χαλκού έχει επιτευχθεί: τα hotspot δεν μπορούν να απλωθούν γρήγορα, η θερμοκρασία διασταύρωσης του τσιπ αυξάνεται, η ενεργοποίηση της μείωσης συχνότητας και μια αύξηση 10 μοιρών στη δυνατότητα εκ νέου μείωσης της θερμοκρασίας κατά 50%. Η συσκευασία επίσης στρεβλώνει και αποσπάται λόγω της ασυμφωνίας σε CTE (16,7 ppm/βαθμός) με πυρίτιο (2,6)/SiC.
Συνθετικό διαμάντι υψηλής θερμικής αγωγιμότητας(πολυκρυσταλλικό CVD 1500–2000 W/m·K, μονοκρύσταλλο IIa 2200–2400 W/m·K) είναι 5–5,5 φορές μεγαλύτερο από αυτό του χαλκού, με CTE μόνο 1–2 ppm/βαθμό, επιτυγχάνοντας σχεδόν μηδενική θερμική αναντιστοιχία με το τσιπ. Είναι επίσης ένας ηλεκτρικός μονωτήρας, που επιτρέπει την άμεση σύνδεση γυμνών καλουπιών και μπορεί να αντέξει 1200 μοίρες και πυκνότητα 3,5 g/cm³ (χαλκός 9). Η ψύκτρα με διαμάντι CVD μειώνει τη θερμοκρασία σύνδεσης της GPU κατά 15–25 μοίρες, απελευθερώνοντας το 10–22% της υπολογιστικής ισχύος. το διαμάντι{16}}σύνθετο χαλκό (Diamond/Cu, 40–60% κλάσμα όγκου) επιτυγχάνει 600–1000 W/m·K, εξισορροπώντας το κόστος και την ικανότητα κατασκευής και έχει γίνει η κύρια δύναμη παραγωγής για διακομιστές τεχνητής νοημοσύνης και μετατροπείς ποιότητας αυτοκινήτου{{21}SiC.

Απόφαση προμήθειας: Δεν έχει να κάνει με το "αν θα αντικατασταθεί ή όχι", αλλά το "πώς να ρυθμιστεί".
Εμβληματικό HPC/RF GaN: Μονόκρυσταλλος/πολυ{0}}ψύκτης με διαμάντι CVD + επιμετάλλωση Ti/Pt/Au, κοντά σε-διαχύσεις θερμότητας σε διασταύρωση.
Κύριοι διακομιστές τεχνητής νοημοσύνης/αυτοκίνητα-ισχύς: Σύνθετο υπόστρωμα Diamond/Cu, CTE προσαρμοσμένο ώστε να ταιριάζει με το SiC.
Θάλαμοι κενού και φορείς: Χαλκός βολφραμίου, χαλκός μολυβδαινίου για ηλεκτρονική συσκευασία, κράμα τιτανίου για θήκες για γκοφρέτες και εξαρτήματα κλιβάνου κενού.
Οι παγίδες των αποκεντρωμένων προμηθειών είναι αρκετά εμφανείς: Ένα εργοστάσιο ημιαγωγών ισχύος αγόρασε χωριστά διαμάντι CVD, υπόστρωμα χαλκού βολφραμίου και φορέα TC4. Τα προγράμματα παράδοσης των τριών είχαν διαφορά 2 εβδομάδων. Η επιμετάλλωση στην επιφάνεια του διαμαντιού δεν πληρούσε τα πρότυπα, με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν κενά στη συγκόλληση AuSn και ολόκληρη η παρτίδα διαλύθηκε. Ένα άλλο εργοστάσιο αγόρασε καθαρό χαλκό IHS και ανέθεσε σε εξωτερικούς συνεργάτες το σύνθετο υλικό διαμαντιών. Η θερμική αντίσταση διεπαφής ξεπέρασε το πρότυπο και τα τσιπ εξακολουθούσαν να παρουσιάζουν μείωση συχνότητας.