Més enllà del coure: com el diamant d'alta conductivitat tèrmica permet una refrigeració de semiconductors més ràpida i més fiable

El coure pur s'ha utilitzat com a substrat de dissipació de calor de semiconductor durant diverses dècades, amb una conductivitat tèrmica d'aproximadament 400 W/m·K. En l'era actual en què les GPU AI superen els 1000 W i els mòduls de potència SiC/GaN tenen una densitat de flux de calor superior a 1000 W/cm², s'ha assolit el límit físic del coure: els punts calents no es poden estendre ràpidament, la temperatura de la unió del xip augmenta, provocant una reducció de freqüència i un augment de 10 graus de temperatura condueix a una disminució de la fiabilitat del 50%. El paquet també es deforma i es desenganxa a causa del desajust en CTE (16,7 ppm/grau) amb silici (2,6)/SiC.
Diamant sintètic d'alta conductivitat tèrmica(CVD policristalí 1500–2000 W/m·K, monocristal IIa 2200–2400 W/m·K) és 5–5,5 vegades el del coure, amb un CTE de només 1–2 ppm/grau, aconseguint gairebé zero desajustament tèrmic amb el xip; també és un aïllant elèctric, que permet la fixació directa de matrius nus, i pot suportar 1200 graus i una densitat de 3,5 g/cm³ (coure 9). El dissipador de calor de diamant CVD redueix la temperatura de la unió de la GPU entre 15 i 25 graus, alliberant entre un 10 i un 22% de la potència de càlcul; el compost de coure de diamant-(Diamond/Cu, 40-60% de fracció de volum) aconsegueix 600-1000 W/m·K, equilibrant el cost i la fabricabilitat, i s'ha convertit en la principal força de producció per a servidors d'IA i inversors SiC de grau-automoció.

Decisió de contractació: no es tracta de "si substituir o no", sinó de "com configurar".
HPC/RF GaN insígnia: dissipador de calor de diamant CVD monocristal/multicristall + metal·lització Ti/Pt/Au, dissipació de calor prop de la-unió;
Servidors d'IA convencionals/potència-automòbil: substrat compost diamant/Cu, CTE ajustat per adaptar-se a SiC;
Cambres de buit i portadors: coure tungstè, coure molibdè per a envasos electrònics, aliatge de titani per a suports d'hòsties i components de forn de buit.
Els inconvenients de l'adquisició descentralitzada són força evidents: una fàbrica de semiconductors d'energia va comprar per separat diamant CVD, substrat de coure de tungstè i portador TC4. Els horaris de lliurament dels tres tenien dues setmanes de diferència. La metal·lització a la superfície del diamant no complia els estàndards, donant lloc a buits en la soldadura AuSn, i es va desballestar tot el lot. Una altra fàbrica va comprar IHS de coure pur i va subcontractar composite de diamants. La resistència tèrmica de la interfície va superar l'estàndard i els xips encara van experimentar una reducció de freqüència.