Beyond Copper: Hvordan høj termisk ledningsevne diamant muliggør hurtigere og mere pålidelig halvlederkøling

Rent kobber er blevet brugt som et halvledervarmeafledningssubstrat i flere årtier med en termisk ledningsevne på ca. 400 W/m·K. I den nuværende æra, hvor AI GPU'er overstiger 1000W, og SiC/GaN-effektmoduler har en varmefluxtæthed på over 1000 W/cm², er den fysiske grænse for kobber nået: Hotspots kan ikke hurtigt spredes ud, chipkrydstemperaturen stiger, hvilket udløser frekvensreduktion, og en 10 graders stigning i temperaturen fører til en stigning på 50 %. Pakken deformeres og løsnes også på grund af misforholdet i CTE (16,7 ppm/grad) med silicium (2,6)/SiC.
Syntetisk diamant med høj varmeledningsevne(polykrystallinsk CVD 1500-2000 W/m·K, enkeltkrystal IIa 2200-2400 W/m·K) er 5-5,5 gange kobbers, med en CTE på kun 1-2 ppm/grad, hvilket opnår næsten nul termisk uoverensstemmelse med chippen; det er også en elektrisk isolator, der giver mulighed for direkte fastgørelse af nøgne matricer og kan modstå 1200 grader og en densitet på 3,5 g/cm³ (kobber 9). CVD-diamantkølepladen reducerer GPU-forbindelsestemperaturen med 15-25 grader, hvilket frigiver 10-22% af computerkraften; diamant-kobberkompositten (Diamond/Cu, 40-60 % volumenfraktion) opnår 600-1000 W/m·K, balancerer omkostninger og fremstillingsevne og er blevet den vigtigste produktionskraft for AI-servere og SiC-invertere i{21}}kvalitet til biler.

Indkøbsbeslutning: Det handler ikke om "om man skal udskifte eller ej", men "hvordan man konfigurerer".
Flagskib HPC/RF GaN: Enkeltkrystal/multi-krystal CVD-diamantkøleplade + Ti/Pt/Au-metallisering, nær-varmeafledning ved kryds;
Mainstream AI-servere/biler-kvalitet: Diamond/Cu-kompositsubstrat, CTE justeret til at matche SiC;
Vakuumkamre og bærere: Wolframkobber, molybdænkobber til elektronisk emballage, titanlegering til waferholdere og vakuumovnskomponenter.
Faldgruberne ved decentraliseret indkøb er ret tydelige: En krafthalvlederfabrik købte separat CVD-diamant, wolframkobbersubstrat og TC4-bærer. Leveringsplanerne for de tre var 2 ugers mellemrum. Metaliseringen på diamantoverfladen opfyldte ikke standarderne, hvilket resulterede i tomrum i AuSn-lodning, og hele partiet blev skrottet. En anden fabrik købte rent kobber IHS og outsourcede diamantkomposit. Grænsefladens termiske modstand oversteg standarden, og chipsene oplevede stadig frekvensreduktion.