Izvan bakra: kako dijamant visoke toplinske vodljivosti omogućuje brže i pouzdanije hlađenje poluvodiča

Čisti bakar se nekoliko desetljeća koristi kao poluvodička podloga za raspršivanje topline, s toplinskom vodljivošću od približno 400 W/m·K. U sadašnjoj eri u kojoj AI GPU-ovi prelaze 1000 W, a SiC/GaN moduli napajanja imaju gustoću toplinskog toka od preko 1000 W/cm², dosegnuta je fizička granica bakra: vruće točke ne mogu se brzo raširiti, temperatura spoja čipa raste, izazivajući smanjenje frekvencije, a povećanje temperature od 10 stupnjeva dovodi do smanjenja pouzdanosti od 50%. Paket se također savija i odvaja zbog neusklađenosti u CTE (16,7 ppm/stupanj) sa silicijem (2,6)/SiC.
Sintetski dijamant visoke toplinske vodljivosti(polikristalni CVD 1500–2000 W/m·K, monokristal IIa 2200–2400 W/m·K) je 5–5,5 puta veći od bakra, s CTE od samo 1–2 ppm/stupnju, postižući gotovo nultu toplinsku neusklađenost s čipom; također je električni izolator, omogućavajući izravno pričvršćivanje golih matrica, i može izdržati 1200 stupnjeva i gustoću od 3,5 g/cm³ (bakar 9). CVD dijamantni hladnjak smanjuje temperaturu GPU spoja za 15-25 stupnjeva, oslobađajući 10-22% računalne snage; dijamant-bakreni kompozit (dijamant/Cu, 40–60% volumnog udjela) postiže 600–1000 W/m·K, uravnotežujući troškove i proizvodnost, te je postao glavna proizvodna snaga za AI poslužitelje i automobilske-SiC pretvarače.

Odluka o nabavi: Ne radi se o tome "treba li zamijeniti ili ne", već "kako konfigurirati".
Vodeći HPC/RF GaN: monokristal/multi{0}}kristal CVD dijamantni hladnjak + Ti/Pt/Au metalizacija, disipacija topline blizu-spojnice;
Glavni AI poslužitelji/-automobilska snaga: Dijamant/Cu kompozitni supstrat, CTE prilagođen da odgovara SiC-u;
Vakuumske komore i nosači: Volfram bakar, molibden bakar za elektroničko pakiranje, legura titana za držače pločica i komponente vakuumske peći.
Zamke decentralizirane nabave su prilično očite: tvornica energetskih poluvodiča zasebno je kupila CVD dijamant, volfram bakrenu podlogu i TC4 nosač. Rasporedi isporuke troje bili su u razmaku od 2 tjedna. Metalizacija na površini dijamanta nije zadovoljila standarde, što je rezultiralo šupljinama u AuSn lemljenju, pa je cijela serija rashodovana. Druga je tvornica kupila čisti bakar IHS i angažirala dijamantni kompozit. Toplinski otpor sučelja premašio je standard, a čipovi su i dalje imali smanjenje frekvencije.