ما وراء النحاس: كيف يتيح الماس ذو الموصلية الحرارية العالية تبريد أشباه الموصلات بشكل أسرع وأكثر موثوقية

تم استخدام النحاس النقي كركيزة لتبديد الحرارة لأشباه الموصلات لعدة عقود، مع موصلية حرارية تبلغ حوالي 400 واط / م · كلفن. في العصر الحالي حيث تتجاوز وحدات معالجة الرسوميات التي تعمل بالذكاء الاصطناعي 1000 واط وتتمتع وحدات الطاقة SiC/GaN بكثافة تدفق حراري تزيد عن 1000 واط/سم²، تم الوصول إلى الحد المادي للنحاس: لا يمكن نشر النقاط الساخنة بسرعة، وترتفع درجة حرارة وصلة الشريحة، مما يؤدي إلى تقليل التردد، وتؤدي زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات إلى انخفاض الموثوقية بنسبة 50%. تلتف الحزمة أيضًا وتنفصل بسبب عدم التطابق في CTE (16.7 جزء في المليون/درجة) مع السيليكون (2.6)/SiC.
الموصلية الحرارية العالية الماس الاصطناعي(متعدد البلورات CVD 1500–2000 W/m·K، بلورة واحدة IIa 2200–2400 W/m·K) هي 5-5.5 أضعاف النحاس، مع CTE يبلغ 1-2 جزء في المليون/درجة فقط، مما يحقق عدم تطابق حراري تقريبًا مع الشريحة؛ وهو أيضًا عازل كهربائي، مما يسمح بالربط المباشر للقوالب العارية، ويمكنه تحمل درجة حرارة 1200 درجة وكثافة 3.5 جم/سم مكعب (النحاس 9). يعمل المشتت الحراري الماسي CVD على تقليل درجة حرارة وصلة وحدة معالجة الرسومات بمقدار 15-25 درجة، مما يؤدي إلى تحرير 10-22% من طاقة الحوسبة؛ يحقق مركب النحاس الماسي- (الماس/النحاس، 40–60% جزء حجمي) 600–1000 واط/م·ك، مما يوازن بين التكلفة وقابلية التصنيع، وأصبح قوة الإنتاج الرئيسية لخوادم الذكاء الاصطناعي ومحولات SiC من فئة - السيارات.

قرار الشراء: لا يتعلق الأمر بـ "ما إذا كان سيتم الاستبدال أم لا"، بل يتعلق بكيفية التهيئة.
HPC/RF GaN الرئيسي: حوض حرارة ماسي كريستالي مفرد/متعدد-CVD + تعدين Ti/Pt/Au، بالقرب من-تبديد حرارة الوصلة؛
خوادم الذكاء الاصطناعي السائدة/طاقة -السيارات: ركيزة مركبة من الألماس/النحاس، تم تعديل CTE لتتوافق مع SiC؛
الغرف والحوامل المفرغة: نحاس التنغستن، ونحاس الموليبدينوم للتغليف الإلكتروني، وسبائك التيتانيوم لحاملات الويفر، ومكونات الفرن الفراغي.
إن مخاطر الشراء اللامركزي واضحة تمامًا: قام مصنع لأشباه موصلات الطاقة بشراء الماس CVD بشكل منفصل، والركيزة النحاسية التنغستن، وحامل TC4. كانت جداول التسليم للثلاثة تفصل بين أسبوعين. لم يكن المعدن الموجود على سطح الماس مطابقًا للمعايير، مما أدى إلى وجود فراغات في لحام AuSn، وتم إلغاء الدفعة بأكملها. اشترى مصنع آخر شركة IHS من النحاس النقي ومركب الألماس من مصادر خارجية. تجاوزت المقاومة الحرارية للواجهة المعيار، وما زالت الرقائق تشهد انخفاضًا في التردد.