Beyond Copper: Betapa Tinggi Kekonduksian Terma Berlian Mendayakan Penyejukan Semikonduktor Lebih Pantas Dan Lebih Dipercayai

Kuprum tulen telah digunakan sebagai substrat pelesapan haba semikonduktor selama beberapa dekad, dengan kekonduksian terma kira-kira 400 W/m·K. Dalam era semasa di mana GPU AI melebihi 1000W dan modul kuasa SiC/GaN mempunyai ketumpatan fluks haba melebihi 1000 W/cm², had fizikal kuprum telah dicapai: titik panas tidak dapat disebarkan dengan cepat, suhu simpang cip meningkat, pengurangan kekerapan mencetuskan dan peningkatan 10 darjah dalam suhu membawa kepada penurunan kebolehpercayaan sebanyak 50%. Bungkusan juga meledingkan dan tertanggal disebabkan ketidakpadanan dalam CTE (16.7 ppm/ darjah ) dengan silikon (2.6)/SiC.
Berlian sintetik kekonduksian haba yang tinggi(CVD polihabluran 1500–2000 W/m·K, kristal tunggal IIa 2200–2400 W/m·K) ialah 5–5.5 kali ganda daripada tembaga, dengan CTE hanya 1–2 ppm/darjah , mencapai hampir sifar ketidakpadanan haba dengan cip; ia juga merupakan penebat elektrik, membenarkan pelekatan terus pada acuan kosong, dan boleh menahan 1200 darjah dan ketumpatan 3.5 g/cm³ (kuprum 9). Sinki haba berlian CVD mengurangkan suhu simpang GPU sebanyak 15–25 darjah , melepaskan 10–22% daripada kuasa pengkomputeran; komposit tembaga{16}}berlian (Diamond/Cu, pecahan volum 40–60%) mencapai 600–1000 W/m·K, mengimbangi kos dan kebolehkilangan, serta telah menjadi tenaga pengeluaran utama untuk pelayan AI dan penyongsang SiC{21}}automotif.

Keputusan perolehan: Ini bukan tentang "sama ada untuk menggantikan atau tidak", tetapi "cara mengkonfigurasi".
HPC/RF GaN Utama: Kristal tunggal/berbilang-sinki haba berlian CVD kristal + pengetatan Ti/Pt/Au, berhampiran-pelesapan haba simpang;
Kuasa gred pelayan/automotif AI arus perdana-: Substrat komposit Diamond/Cu, CTE dilaraskan agar sepadan dengan SiC;
Ruang dan pembawa vakum: Kuprum tungsten, kuprum molibdenum untuk pembungkusan elektronik, aloi titanium untuk pemegang wafer dan komponen relau vakum.
Perangkap pemerolehan terdesentralisasi cukup jelas: Sebuah kilang semikonduktor kuasa membeli berlian CVD, substrat tembaga tungsten dan pembawa TC4 secara berasingan. Jadual penghantaran mereka bertiga adalah 2 minggu. Metalisasi pada permukaan berlian tidak memenuhi piawaian, mengakibatkan lompang dalam pematerian AuSn, dan keseluruhan kumpulan telah dibatalkan. Satu lagi kilang membeli IHS tembaga tulen dan komposit berlian sumber luar. Rintangan haba antara muka melebihi standard, dan cip masih mengalami pengurangan frekuensi.