Onkraj bakra: Kako visoka toplotna prevodnost diamanta omogoča hitrejše in zanesljivejše hlajenje polprevodnikov

Čisti baker se že več desetletij uporablja kot polprevodniški substrat za odvajanje toplote s toplotno prevodnostjo približno 400 W/m·K. V trenutni dobi, ko grafični procesorji z umetno inteligenco presegajo 1000 W in imajo napajalni moduli SiC/GaN gostoto toplotnega toka več kot 1000 W/cm², je bila dosežena fizična meja bakra: vročih točk ni mogoče hitro razširiti, temperatura spoja čipov se dvigne, kar sproži zmanjšanje frekvence, in 10-stopinjsko zvišanje temperature vodi do 50-odstotnega zmanjšanja zanesljivosti. Embalaža se tudi zvija in loči zaradi neusklajenosti CTE (16,7 ppm/stopinja) s silicijem (2,6)/SiC.
Sintetični diamant z visoko toplotno prevodnostjo(polikristalni CVD 1500–2000 W/m·K, monokristal IIa 2200–2400 W/m·K) je 5–5,5-krat večja od bakra, s CTE le 1–2 ppm/stopinjo, kar doseže skoraj nič toplotno neusklajenost s čipom; je tudi električni izolator, ki omogoča neposredno pritrditev golih matric, ter lahko prenese 1200 stopinj in gostoto 3,5 g/cm³ (baker 9). Diamantno hladilno telo CVD zmanjša temperaturo spoja GPE za 15–25 stopinj, pri čemer se sprosti 10–22 % računalniške moči; diamantni-bakrov kompozit (diamant/Cu, 40–60-odstotni volumski delež) dosega 600–1000 W/m·K, kar uravnoteži stroške in izdelovalnost, in je postal glavna proizvodna sila za strežnike z umetno inteligenco in avtomobilske-razsmernike SiC.

Odločitev o javnem naročilu: Ne gre za to, "ali zamenjati ali ne", ampak "kako konfigurirati".
Vodilni HPC/RF GaN: monokristal/multi{0}}kristal CVD diamantno hladilno telo + metalizacija Ti/Pt/Au, odvajanje toplote blizu-stika;
Glavni strežniki umetne inteligence/avtomobilska{0}}moč: kompozitni substrat diamanta/bakra, CTE prilagojen, da ustreza SiC;
Vakuumske komore in nosilci: volframov baker, molibden baker za elektronsko embalažo, titanove zlitine za držala rezin in komponente vakuumske peči.
Pasti decentraliziranega naročanja so precej očitne: tovarna močnostnih polprevodnikov je ločeno kupila CVD diamant, volframov bakreni substrat in nosilec TC4. Razporedi dostave treh so bili 2 tedna narazen. Metalizacija na diamantni površini ni ustrezala standardom, kar je povzročilo praznine pri spajkanju AuSn, zato je bila celotna serija zavržena. Druga tovarna je kupila čisti baker IHS in zunanjemu izvajalcu diamantni kompozit. Toplotni upor vmesnika je presegel standard, čipi pa so še vedno doživeli zmanjšanje frekvence.