Отвъд медта: как диамантът с висока топлопроводимост позволява по-бързо и по-надеждно охлаждане на полупроводниците

Чистата мед се използва като полупроводников субстрат за разсейване на топлината в продължение на няколко десетилетия с топлопроводимост от приблизително 400 W/m·K. В настоящата ера, в която графичните процесори с изкуствен интелект надвишават 1000 W и захранващите модули SiC/GaN имат плътност на топлинния поток над 1000 W/cm², физическата граница на медта е достигната: горещите точки не могат да бъдат бързо разпръснати, температурата на свързване на чипа се повишава, задействайки намаляване на честотата, а повишаването на температурата с 10 градуса води до 50% намаление на надеждността. Опаковката също се изкривява и отделя поради несъответствието в CTE (16,7 ppm/градус) със силиций (2,6)/SiC.
Синтетичен диамант с висока топлопроводимост(поликристален CVD 1500–2000 W/m·K, монокристал IIa 2200–2400 W/m·K) е 5–5,5 пъти по-голям от този на медта, с CTE от само 1–2 ppm/градус, постигайки почти нулево термично несъответствие с чипа; той също е електрически изолатор, позволяващ директно закрепване на голи матрици и може да издържи 1200 градуса и плътност от 3,5 g/cm³ (мед 9). Диамантеният радиатор CVD намалява температурата на свързване на GPU с 15–25 градуса, освобождавайки 10–22% от изчислителната мощност; диамант-медният композит (Диамант/Cu, 40–60% обемна фракция) постига 600–1000 W/m·K, балансирайки разходите и възможността за производство, и се превърна в основната производствена сила за AI сървъри и автомобилни-клас SiC инвертори.

Решение за обществена поръчка: Не става дума за „дали да се замени или не“, а „как да се конфигурира“.
Водещ HPC/RF GaN: монокристален/много{0}}кристален CVD диамантен радиатор + Ti/Pt/Au метализация, разсейване на топлината в близост до-прехода;
Основни AI сървъри/автомобилна{0}}мощност: диамант/Cu композитен субстрат, CTE, коригиран да съответства на SiC;
Вакуумни камери и носители: волфрамова мед, молибденова мед за електронни опаковки, титаниева сплав за държачи за вафли и компоненти за вакуумна пещ.
Клопките на децентрализираното снабдяване са доста очевидни: фабрика за мощни полупроводници закупи отделно CVD диамант, волфрамов меден субстрат и носител TC4. Графиците за доставка на трите бяха с 2 седмици разлика. Метализацията на диамантената повърхност не отговаряше на стандартите, което доведе до кухини при запояване на AuSn и цялата партида беше бракувана. Друга фабрика закупи IHS от чиста мед и изнесе диамантен композит. Термичното съпротивление на интерфейса надвишава стандарта и чиповете все още изпитват намаляване на честотата.