Explozia puterii mari de calcul-modelului a dus la creșterea densității de putere a cipurilor AI și a dispozitivelor semiconductoare din a treia-generație. Radiatoarele tradiționale din cupru și aluminiu au atins plafonul performanței fizice. În scenariile cu flux-de căldură-înalt, progresele în disiparea căldurii nu se mai bazează numai pe optimizarea structurală-limitele intrinseci de performanță ale materialelor au devenit blocajul decisiv pentru stabilitatea și durata de viață a dispozitivelor-de ultimă generație. Datorită proprietăților sale fizice cuprinzătoare remarcabile, diamantul trece rapid de la un material de laborator la aplicație industrială, devenind materialul de bază care remodelează peisajul de management termic al așchiilor-de ultimă generație.
Performanța generală de disipare a căldurii a diamantului este excepțională, avantajul său de bază rezultând din mecanismul său unic de conducție termică. Spre deosebire de cupru și aluminiu, care se bazează pe electroni liberi pentru transferul de căldură și au limitări inerente, diamantul conduce căldura prin transportul fononilor, rupând în mod fundamental plafonul de disipare termică al materialelor metalice tradiționale.
Diamantul monocristal -atinge o conductivitate termică la temperatura camerei-de 2000–2200 W/(m·K)-de 5 până la 6 ori mai mare decât a cuprului și de peste 9 ori mai mare decât a aluminiului. În același timp, coeficientul său scăzut de dilatare termică (1,0–1,2×10⁻⁶/K), rezistivitatea electrică ultra-înaltă și constanta dielectrică scăzută îl fac perfect compatibil cu cerințele de ambalare a cipurilor. Acesta abordează simultan cele trei provocări majore: sarcina termică ridicată, nepotrivirea termică și interferența electrică și este recunoscut ca „materialul suprem” pentru disiparea căldurii în cipurile AI și dispozitivele de putere GaN.
Pentru radiatoarele cu cip, trebuie să luați în considerare simultan conductivitatea termică, adaptabilitatea structurală și costul de producție de masă-. În timp ce diamantul monocristal pur oferă performanțe extreme, este dificil de procesat și costisitor de produs pe suprafețe mari, ceea ce îl face nepotrivit pentru producția la scară largă-. Acesta este motivul cheie pentru care industria a abandonat calea radiatoarelor universale cu diamant pur și, în schimb, a orientat spre prioritizarea materialelor compozite cu diamant.
În prezent, cel mai matur din punct de vedere industrial și cel mai aproape de implementare-la scară largă este materialul compozit diamant-cupru. Acest material folosește particule de diamant ca fază de armare și cuprul ca matrice, combinând conductivitatea termică ultra-înaltă a diamantului cu ductilitatea și lipibilitatea cuprului, realizând un echilibru între performanță și practicitate inginerească. Conductivitatea sa termică atinge 600–1000 W/(m·K), de 1,5–2,5 ori mai mare decât a cuprului pur. Prin ajustarea fracției de volum de diamant, coeficientul de dilatare termică poate fi adaptat cu precizie la materialele semiconductoare precum SiC și GaN, rezolvând eficient problemele de deformare și defecțiune a îmbinărilor-de lipire cauzate de nepotrivirea termică a radiatoarelor tradiționale din cupru.
Cu toate acestea, există o barieră inginerească ascunsă: calitatea legăturii interfeței diamant-cupru determină în mod direct performanța finală de disipare a căldurii a produsului finit. Legătura interfacială slabă duce la o rezistență termică interfacială severă, degradând semnificativ conductivitatea termică. Prin urmare, procesele fine, cum ar fi modificarea suprafeței diamantului și alierea matricei de cupru, sunt bariere tehnologice de bază care separă companiile lider de restul și asigură randamentul producției-sunt, de asemenea, punctele competitive cheie în industrie.
Industria diamantelor urmează două rute tehnice principale-monocristalină-și policristalină-cu ritmuri de industrializare semnificativ diferite. Diamantul monocristal nu este doar un material excelent de-dissipare a căldurii, ci și un semiconductor cu bandă interzisă-performanță mare-, care oferă avantaje precum tensiune mare de rupere, rezistență puternică la radiații și mobilitate ridicată a purtătorului, cu potențial viitor de utilizare în fabricarea de cipuri la temperatură înaltă-. Cu toate acestea, creșterea-pe o suprafață mare a unui singur-cristal rămâne extrem de provocatoare. Metodele obișnuite de-creștere tri{-tridimensională și de extindere-au cerințe stricte privind calitatea cristalelor de semințe și mediile de depunere și încă suferă de probleme precum lacune și creștere ne-uniformă, ceea ce face dificilă implementarea comercială pe termen scurt-.
Diamantul policristalin produs prin procese CVD, deși are o conductivitate termică puțin mai mică (1000–1800 W/(m·K)) decât diamantul monocristalin din cauza împrăștierii fononilor la granițele granulelor, poate fi fabricat pe suprafețe mari și la un cost mai mic la scară de masă. Conductivitatea sa termică se îmbunătățește constant odată cu creșterea mărimii granulelor. Printre acestea, diamantele microcristaline și cele policristaline cu granulație mare-oferă un echilibru bun între performanță, dimensiune și cost, iar progresul industrializării lor în disiparea căldurii dispozitivelor de putere-de înaltă calitate îl depășește cu mult pe cel al produselor cu cristal mono-de înaltă calitate.
În prezent, fabricarea diamantelor CVD se bazează în principal pe patru tipuri de metode, printre care procesul MPCVD (depunerea de vapori chimici cu plasmă cu microunde) este alegerea preferată pentru producerea de diamant policristalin de înaltă calitate-, datorită avantajelor sale de contaminare cu electrozi, plasmă stabilă și parametri controlabili. Cu toate acestea, acest proces se confruntă cu un blocaj greu al echipamentului: pregătirea foliilor de diamant cu suprafață mare-necesită o putere mai mare a microundelor și o frecvență mai mică a microundelor, astfel încât dimensiunea și producția produsului sunt complet limitate de performanța hardware a generatorului de microunde.
Această limitare a echipamentelor afectează direct întregul lanț industrial. Sistemele MPCVD importate-de vârf sunt scumpe și au termene de livrare lungi, limitând ritmul de extindere a capacității interne. În același timp, echipamentele MPCVD de mare-putere produse la nivel național repetă rapid și distruge monopolul tehnologic de peste mări. Viteza de implementare-producției sale în masă va determina în mod direct traiectoria de-reducere a costurilor-materialelor de disipare a căldurii diamantate și, prin urmare, dacă acest material poate pătrunde din aplicațiile specializate-de ultimă generație în industriile de putere-de calcul, cum ar fi serverele AI și cardurile de accelerare.