Melampaui Tembaga: Bagaimana Berlian Konduktivitas Termal Tinggi Memungkinkan Pendinginan Semikonduktor Lebih Cepat Dan Lebih Andal

Tembaga murni telah digunakan sebagai substrat pembuangan panas semikonduktor selama beberapa dekade, dengan konduktivitas termal sekitar 400 W/m·K. Di era saat ini ketika GPU AI melebihi 1000W dan modul daya SiC/GaN memiliki kerapatan fluks panas lebih dari 1000 W/cm², batas fisik tembaga telah tercapai: hotspot tidak dapat menyebar dengan cepat, suhu sambungan chip meningkat, memicu pengurangan frekuensi, dan peningkatan suhu sebesar 10 derajat menyebabkan penurunan keandalan sebesar 50%. Kemasannya juga melengkung dan terlepas karena ketidakcocokan CTE (16,7 ppm/derajat ) dengan silikon (2,6)/SiC.
Berlian sintetis dengan konduktivitas termal yang tinggi(polikristalin CVD 1500–2000 W/m·K, kristal tunggal IIa 2200–2400 W/m·K) 5–5,5 kali lipat tembaga, dengan CTE hanya 1–2 ppm/derajat , mencapai hampir nol ketidaksesuaian termal dengan chip; ini juga merupakan isolator listrik, memungkinkan pemasangan langsung cetakan telanjang, dan dapat menahan suhu 1200 derajat dan kepadatan 3,5 g/cm³ (tembaga 9). Pendingin berlian CVD mengurangi suhu sambungan GPU sebesar 15–25 derajat , melepaskan 10–22% daya komputasi; komposit berlian-tembaga (Berlian/Cu, fraksi volume 40–60%) mencapai 600–1000 W/m·K, menyeimbangkan biaya dan kemampuan manufaktur, dan telah menjadi kekuatan produksi utama untuk server AI dan inverter SiC kelas otomotif.

Keputusan pengadaan: Ini bukan tentang "mengganti atau tidak", tetapi "cara mengkonfigurasi".
GaN HPC/RF andalan: Pendingin berlian CVD kristal tunggal/multi-kristal + metalisasi Ti/Pt/Au, pembuangan panas dekat sambungan;
Server AI arus utama/kekuatan kelas-otomotif: Substrat komposit Diamond/Cu, CTE disesuaikan agar sesuai dengan SiC;
Ruang dan pembawa vakum: Tembaga tungsten, tembaga molibdenum untuk kemasan elektronik, paduan titanium untuk tempat wafer dan komponen tungku vakum.
Kendala dalam pengadaan yang terdesentralisasi cukup jelas: Pabrik semikonduktor daya secara terpisah membeli berlian CVD, substrat tembaga tungsten, dan pembawa TC4. Jadwal pengiriman ketiganya terpaut 2 minggu. Metalisasi pada permukaan berlian tidak memenuhi standar, mengakibatkan kekosongan pada penyolderan AuSn, dan seluruh batch dibuang. Pabrik lain membeli IHS tembaga murni dan mengalihdayakan komposit berlian. Resistansi termal antarmuka melebihi standar, dan chip masih mengalami pengurangan frekuensi.