Osim bakra: koliko dijamant visoke toplinske provodljivosti omogućava brže i pouzdanije hlađenje poluvodiča

Čisti bakar se nekoliko decenija koristi kao poluprovodnički supstrat za disipaciju toplote, sa toplotnom provodljivošću od približno 400 W/m·K. U trenutnoj eri u kojoj AI GPU-ovi premašuju 1000W, a SiC/GaN moduli za napajanje imaju gustinu toplotnog fluksa od preko 1000 W/cm², fizička granica bakra je dostignuta: vruće tačke se ne mogu brzo proširiti, temperatura spoja čipa raste, što izaziva smanjenje frekvencije i 10 stupnjeva dovodi do ponovnog povećanja temperature za 50%. Pakovanje se takođe iskrivljuje i odvaja zbog neslaganja u CTE (16,7 ppm/stepen) sa silicijumom (2,6)/SiC.
Sintetički dijamant visoke toplotne provodljivosti(polikristalni CVD 1500–2000 W/m·K, monokristal IIa 2200–2400 W/m·K) je 5–5,5 puta veći od bakra, sa CTE od samo 1–2 ppm/stepen, čime se postiže skoro nula termička neusklađenost sa čipom; takođe je električni izolator, koji omogućava direktno pričvršćivanje golih kalupa, i može izdržati 1200 stepeni i gustinu od 3,5 g/cm³ (bakar 9). CVD dijamantski hladnjak smanjuje temperaturu GPU spoja za 15–25 stepeni, oslobađajući 10–22% računarske snage; dijamant-kompozit bakra (Diamond/Cu, 40-60% zapreminskog udjela) postiže 600-1000 W/m·K, balansirajući između troškova i proizvodnosti, i postao je glavna proizvodna snaga za AI servere i automobilske{21}}SiC pretvarače.

Odluka o nabavci: Ne radi se o tome "da li zamijeniti ili ne", već "kako konfigurirati".
Vodeći HPC/RF GaN: monokristalni/multi-kristalni CVD dijamantski hladnjak + Ti/Pt/Au metalizacija, rasipanje topline blizu-spoja;
Glavni AI serveri/automobilski{0}}način: kompozitna podloga od dijamanta/Cu, CTE prilagođen da odgovara SiC;
Vakumske komore i nosači: Volfram bakar, molibden bakar za elektronsko pakovanje, legura titana za držače vafla i komponente vakuumske peći.
Zamke decentralizovane nabavke su prilično očigledne: tvornica energetskih poluprovodnika zasebno je kupila CVD dijamant, volfram-bakrenu podlogu i TC4 nosač. Raspored dostave za njih tri je bio u razmaku od 2 sedmice. Metalizacija na površini dijamanta nije zadovoljavala standarde, što je rezultiralo prazninama u AuSn lemljenju, a cijela serija je odbačena. Druga fabrika je kupila IHS od čistog bakra i dijamantski kompozit. Termički otpor interfejsa premašio je standard, a čipovi su i dalje imali smanjenje frekvencije.