구리를 넘어서: 높은 열전도율의 다이아몬드가 어떻게 더 빠르고 안정적인 반도체 냉각을 가능하게 합니까?

순수 구리는 약 400W/m·K의 열전도율을 가지며 수십년 동안 반도체 방열 기판으로 사용되어 왔습니다. AI GPU가 1000W를 초과하고 SiC/GaN 전원 모듈의 열유속 밀도가 1000W/cm²를 초과하는 현재 시대에는 구리의 물리적 한계에 도달했습니다. 핫스팟이 빠르게 확산될 수 없고 칩 접합 온도가 상승하여 주파수 감소가 발생하며 온도가 10도 상승하면 신뢰성이 50% 감소합니다. 또한 패키지는 실리콘(2.6)/SiC와 CTE(16.7ppm/도)의 불일치로 인해 휘어지고 분리됩니다.
열전도율이 높은 합성 다이아몬드(다결정 CVD 1500~2000 W/m·K, 단결정 IIa 2200~2400 W/m·K)은 구리의 5~5.5배이며 CTE는 1~2ppm/도에 불과해 칩과 거의 0에 가까운 열 불일치를 달성합니다. 또한 전기 절연체로서 베어 다이를 직접 부착할 수 있으며 1200도 및 3.5g/cm3(구리 9)의 밀도를 견딜 수 있습니다. CVD 다이아몬드 방열판은 GPU 접합 온도를 15~25도 낮추어 컴퓨팅 성능을 10~22% 방출합니다. 다이아몬드{16}}구리 복합재(다이아몬드/Cu, 부피 비율 40~60%)는 600~1000W/m·K를 달성하고 비용과 제조 가능성의 균형을 유지하며 AI 서버 및 자동차 등급 SiC 인버터의 주요 생산력이 되었습니다.

조달 결정 : "교체 여부"가 아니라 "구성 방법"이 중요합니다.
주력 HPC/RF GaN: 단결정/다중-결정 CVD 다이아몬드 방열판 + Ti/Pt/Au 금속화, 접합부 근처-방열;
주류 AI 서버/자동차{0}}급 성능: 다이아몬드/Cu 복합 기판, SiC에 맞게 조정된 CTE,
진공 챔버 및 캐리어: 전자 패키징용 텅스텐 구리, 몰리브덴 구리, 웨이퍼 홀더 및 진공로 부품용 티타늄 합금.
분산형 조달의 함정은 매우 분명합니다. 전력 반도체 공장에서 CVD 다이아몬드, 텅스텐 구리 기판 및 TC4 캐리어를 별도로 구매했습니다. 세 곳의 배송 일정은 2주 간격이었습니다. 다이아몬드 표면의 금속화가 표준을 충족하지 않아 AuSn 납땜 시 보이드가 발생하여 전체 배치가 폐기되었습니다. 또 다른 공장은 순수 구리 IHS를 구입하고 다이아몬드 복합재를 아웃소싱했습니다. 인터페이스 열 저항은 표준을 초과했으며 칩은 여전히 ​​주파수 감소를 경험했습니다.