Beyond Copper: Hvordan diamant med høy termisk ledningsevne muliggjør raskere og mer pålitelig halvlederkjøling

Rent kobber har blitt brukt som et halvledervarmeavledningssubstrat i flere tiår, med en termisk ledningsevne på omtrent 400 W/m·K. I den nåværende epoken hvor AI GPUer overstiger 1000W og SiC/GaN kraftmoduler har en varmeflukstetthet på over 1000 W/cm², er den fysiske grensen for kobber nådd: hotspots kan ikke spres raskt ut, temperaturen på brikkekrysset stiger, utløser frekvensreduksjon og en 10 graders økning i temperatur fører til en reduksjon på 50 %. Pakken deformeres og løsner også på grunn av misforholdet i CTE (16,7 ppm/grad ) med silisium (2,6)/SiC.
Syntetisk diamant med høy varmeledningsevne(polykrystallinsk CVD 1500–2000 W/m·K, enkeltkrystall IIa 2200–2400 W/m·K) er 5–5,5 ganger den for kobber, med en CTE på bare 1–2 ppm/grad , og oppnår nesten null termisk misforhold med brikken; den er også en elektrisk isolator, som tillater direkte festing av blanke matriser, og tåler 1200 grader og en tetthet på 3,5 g/cm³ (kobber 9). CVD-diamantkjøleribben reduserer GPU-krysstemperaturen med 15–25 grader, og frigjør 10–22 % av datakraften; diamant-kobberkompositten (Diamond/Cu, 40–60 % volumfraksjon) oppnår 600–1000 W/m·K, balanserer kostnader og produksjonsevne, og har blitt hovedproduksjonskraften for AI-servere og SiC-omformere av{21}}kvalitet for bil.

Anskaffelsesbeslutning: Det handler ikke om "om man skal erstatte eller ikke", men "hvordan konfigurere".
Flaggskip HPC/RF GaN: Enkeltkrystall/fler-krystall CVD-diamantkjøleribbe + Ti/Pt/Au-metallisering, varmeavledning nær-krysset;
Vanlige AI-servere/biler-klassekraft: Diamond/Cu-komposittsubstrat, CTE justert for å matche SiC;
Vakuumkamre og bærere: Tungsten kobber, molybden kobber for elektronisk emballasje, titanlegering for waferholdere og vakuumovnskomponenter.
Fallgruvene ved desentraliserte anskaffelser er ganske tydelige: En krafthalvlederfabrikk kjøpte separat CVD-diamant, wolfram-kobbersubstrat og TC4-bærer. Leveringsplanene til de tre var med 2 ukers mellomrom. Metalliseringen på diamantoverflaten oppfylte ikke standardene, noe som resulterte i tomrom i AuSn-lodding, og hele partiet ble skrotet. En annen fabrikk kjøpte ren kobber IHS og outsourcet diamantkompositt. Grensesnittets termiske motstand overskred standarden, og brikkene opplevde fortsatt frekvensreduksjon.