Co to jest płyta chłodząca z kompozytu diamentowo-miedzianego?

W miarę jak moc chipów AI sięga kilowatów, konwencjonalne miedziane płyty chłodzące osiągają swoje granice. Przewodność cieplna miedzi wynosi ok400 W/(m·K)jest już jednym z najlepszych ze wszystkich metali, ale nie jest w stanie dotrzymać kroku gęstościom strumienia ciepła mierzonym w milimetrach kwadratowych na współczesnych procesorach graficznych. Diament natomiast sięga1,000–2,000 W/(m·K)- kilkakrotnie miedź - mimo to jest twarda, krucha i prawie niemożliwa do obróbki bezpośrednio w żebrowanej płycie zimnej. AZimna płyta z kompozytu diamentowo-miedzianegoobiera pragmatyczną drogę: osadza cząstki diamentu w miedzianej osnowie, pozwala diamentowi przenosić ciepło, a miedź zapewnia zdolność produkcyjną.

1. Co to jest: kompozyt z osnową metaliczną

Kompozyt diament-miedź (diament/Cu) należy do rodziny kompozytów z osnową metaliczną (MMC):

• Cząsteczki diamentu są zazwyczaj ładowane w temp30–50% obj.;
• Miedź tworzy ciągłą matrycę, zapewniając ciągliwość, obrabialność i lutowność;
• Diament pełni rolę wzmocnienia, zapewniając bardzo wysoką przewodność cieplną w płaszczyźnie.

Powstały materiał uderza1,5–2 × przewodność cieplna czystej miedzi, podczas gdy jego współczynnik rozszerzalności cieplnej można dostroić bliżej krzemu (~ 4 ppm/K), zmniejszając niedopasowanie termiczne w interfejsie chipa. Jednocześnie kompozyt można w dalszym ciągu wiercić, frezować i lutować jak zwykły metal – co czyni go realistycznym w roli zimnej płyty, a nie ciekawostki laboratoryjnej.

2. Podstawowe wyzwanie: międzyfazowy opór cieplny

Prawdziwym problemem inżynieryjnym nie jest mieszanie diamentu z miedzią – wręcz przeciwniedzięki czemu ciepło przepływa płynnie przez interfejs diament-miedź. Miedź ledwo zwilża diament: stopione kulki miedzi osadzają się na powierzchni diamentu niczym woda na oleju, pozostawiając słabe wiązanie i wysoki międzyfazowy opór cieplny. Branża atakuje to z dwóch stron:

• Metalizacja powierzchni diamentu: na ziarnie diamentowym osadza się cienka powłoka Ti, Cr, W lub Mo w celu poprawy zwilżalności miedzi;
• Matryca ze stopowej miedzi: do miedzi dodaje się aktywne pierwiastki, takie jak B, Zr lub Cr; reagują z węglem diamentu na granicy faz, tworząc międzywarstwę węglika.

To, która trasa zostanie dobrze wykonana, decyduje o tym, czy gotowy materiał osiągnie 800 W/(m·K), czy też zatrzyma się na poziomie około 500.

3. Jak to jest zrobione: trzy główne procesy

• Prasowanie na gorąco w metalurgii proszków: proszki diamentowe i miedziane są mieszane i spiekane pod wpływem ciepła i ciśnienia; dojrzałe i stosunkowo tanie;
• Infiltracja próżniowa/ciśnieniowa gazu: preformę diamentową umieszcza się w formie, a stopiona miedź infiltruje złoże cząstek pod próżnią i ciśnieniem; możliwa jest wysoka gęstość i większy udział objętościowy diamentu;
• Spiekanie plazmowe iskrowe (SPS): prąd pulsacyjny zapewnia szybkie nagrzewanie, drobne ziarna i kontrolowaną reakcję międzyfazową; preferowane w przypadku badań i rozwoju oraz wysokiej klasy części w małych partiach.

Kęs jest następnie obrabiany w struktury mikrokanałowe, lutowany do złączek hydraulicznych i poddawany obróbce powierzchniowej, zanim stanie się zimną płytą, która może wpaść na serwer AI.

4. Dokąd zmierza technologia

• Wyższe obciążenie diamentem: przejście z 40% obj. do 60% obj.+ przesuwa przewodność cieplną w kierunku 900–1 000 W/(m·K);
• Zintegrowane mikrokanały: połączenie kompozytu diament-Cu z polami przepływu mikrokanalików w jednej zimnej płycie, w tym samym kierunku, co produkty takie jak LiquidJet Diamond firmy Frore;
• Redukcja kosztów: w miarę poprawy dostaw krajowego mikroproszku diamentowego i dojrzałości procesu, koszty surowców i obróbki szybko spadają – przenosząc materiał z papieru do dostaw masowych;
• Rozszerzenie aplikacji: poza procesorami graficznymi AI materiał trafia do modułów zasilania pojazdów elektrycznych (SiC/GaN), stacji bazowych 5G/6G, diod laserowych i elektroniki lotniczej;
• Standardy: opracowywane są standardy branżowe dotyczące przewodności cieplnej, rezystancji międzyfazowej i trwałości zmęczeniowej, co otwiera drogę do zamówień na dużą skalę.

5. Pozycjonowanie firm w tej przestrzeni

Po stronie chińskiej do publicznie zgłaszanych graczy zaliczają się:

• Cyfrowy Sugon: stojak do chłodzenia cieczą ze zmianą fazy, klasy MW, C8000 V3.0, to pierwsze rozwiązanie na dużą skalę wykorzystujące materiał termiczny z diamentu i miedzi, rozpraszający ponad 200 W/cm² przy przewodności cieplnej sięgającej 80%;
• Świat: opracował kompozyty diamentowo-miedziane do rozprowadzania ciepła na zimno i obecnie pobiera próbki od dalszych klientów;
• Sifangda: Diamentowe rozpraszacze ciepła CVD przeszły testy klientów i zdobyły zamówienia na małe partie, przy bazie produkcyjnej na poziomie 25 000 sztuk rocznie;
• Wicher Huanghe: samodzielnie opracowany kompozyt diament-węglik krzemu osiąga ponad 700 W/(m·K), przy współczynniku CTE dopasowanym do podłoży krzemowych; linia 8-calowych radiatorów diamentowych jest już w produkcji;
• Diament Zhongnan, Mega Diament, Diament Huifengi inni producenci materiałów supertwardych zajmują pozycję w sektorze mikroproszku diamentowego i surowców kompozytowych.

Na arenie międzynarodowej firmy Element Six (Wielka Brytania), Diamond Materials (Niemcy), Morgan Advanced Materials i Coherent stworzyły długoterminowe programy w zakresie kompozytów diament-miedź i diament-aluminium.

Zamknięcie

W płycie zimnej z kompozytu diamentowo-miedzianego nie chodzi o zastąpienie miedzi diamentem. Chodzi o łączenieprzewodność cieplna diamentu i zdolność produkcyjna miedziaby wytworzyć materiał pośredni, któremu nie może dorównać żaden czysty metal. W obliczu ciągłego wzrostu mocy chipów AI i zbliżania się do fizycznych granic konwencjonalnych miedzianych płyt zimnych, materiał ten przestaje być liczbami na papierze i staje się rzeczywiście możliwym do wyprodukowania komponentem w prawdziwych centrach danych.

O huicetools:profesjonalny producent narzędzi diamentowych, założony w 2006 roku. Dzięki wieloletniemu praktycznemu doświadczeniu prowadzimy sprzedaż bezpośrednio z fabryki po bardzo konkurencyjnych cenach. Nasza linia produktów obejmuje diamentowe brzeszczoty do pił, diamentowe bloki szlifierskie, wiertła diamentowe i pełną gamę narzędzi diamentowych do zastosowań budowlanych.

Zastrzeżenie:Ten artykuł został zaadaptowany i przepisany na podstawie publicznie dostępnych raportów w chińskim Internecie i ogólnej wiedzy branżowej, podanych wyłącznie w celach informacyjnych. Istotne dane dotyczące wydajności, ścieżki procesów i pozycja firmy cytowane w niniejszym dokumencie pochodzą z publicznych ujawnień wspomnianych firm; Rzeczywista wydajność różni się w zależności od procesu przygotowania i warunków stosowania. Nie składamy żadnych oświadczeń co do ich kompletności, dokładności i aktualności, a niniejszy artykuł nie stanowi porady inwestycyjnej ani zakupowej. W celu ponownej publikacji lub cytowania należy skontaktować się z huicetools i podać oryginalne źródło.