Nejnovější pokrok ve výzkumu rozptylu tepla diamantového

Against the backdrop of continuous evolution in high-performance computing, high-power communication devices, and 3D packaging, thermal management has become a core technological bottleneck that limits further acceleration of chips. Especially the high thermal flux density brought by third-generation semiconductors such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) under high-frequency and high-power conditions has Vyrobena tradiční řešení pro rozptyl tepla na bázi křemíku postupně neudržitelná .

 

Jako materiál s nejvyššími tepelnými vodivostmi prokázal diamant v teorii a experimentech vynikající schopnosti odvodění tepla a jeho potenciální hodnota v oblastech, jako jsou substráty pro odvod tepla, tepelné prostředníky a integrace na čipu, rychle získává novou pozornost průmyslu. Nicméně nevyřešené problémy se řízením stresu a adaptací procesu na úrovni materiálu vždy bránily jeho industrializaci.

Nedávno výzkumný tým Jiangnan of Ningbo Institute of Materials, Čínská akademie věd úspěšně připravila velkou velikost 4- palce Ultra-ten, ultra-nízký diamantový samostatně podporující film, který poskytuje klíčový průlom pro technologii k přechodu k praktickému balení aplikací . .

 

Současná aplikace diamantu v oblasti tepelného řízení se zaměřuje hlavně na dvě technologické cesty: Jedním z nich je používat diamant jako substrát, kombinovaný s materiály křemíku, GAN nebo SIC ke zlepšení celkového výkonu pro disipaci tepla zařízení; Druhou metodou je připravit diamantové chladiče nebo filmy prostřednictvím CVD, dosáhnout přímého kontaktního rozptylu tepla pro zdroje tepla čipového tepla . Bez ohledu na formu však čelí strukturální výzvě „nadměrné války po odstranění substrátu“, jakou je tloušťka filmu menší než 100 μ m a faktory, jako je to, že je to větší než 2 palce, jako je to, že je to větší, jako je to, že je to větší, jako je to, jako je to, že je to větší než 2 palce, jako je to, jako je to, že je to větší než 100 μ m a je to, že je to v případě, že je to tlustění, a to je v případě, že je to v případě. interface growth can cause significant deformation, which cannot meet the hot press packaging standards of the bonding process. This bottleneck has long constrained the large-scale promotion of diamond materials in chip direct bonding heat dissipation applications. Although their heat dissipation performance is far superior to traditional materials such as copper and aluminum nitride, they are difficult to obtain industrial mass adopce .

 

Researchers have successfully reduced the stress and warpage of diamond self-supporting thin films without sacrificing film quality by optimizing the vapor deposition process, improving the substrate removal and heat treatment process. The 4-inch diamond film prepared by the team has a thickness of less than 100 μ m, a warpage controlled within 10 μ m, and can firmly adhere to glass substrates under no external force conditions, possessing self adsorption ability. This performance not only meets the warpage requirements of chip heat sink bonding, but also provides the possibility for incorporating diamond films into advanced packaging processes such as heterogeneous integration and 3D stacking. This technological breakthrough has profound significance in the industrial chain. The industrial chain of diamond thermal management materials can be roughly divided into four links: material synthesis, morphology control and crystal orientation, structural processing and precision cutting, and integration with chips or packaging structures. Among them, in the first stage, China's industry has basically formed local supporting facilities from high-purity gas sources (such as methane and hydrogen) to reaction equipment (CVD systems), and some enterprises have achieved commercial growth of Diamantové filmy s velkou oblastí; Druhým krokem je dosáhnout jádra kvality filmu a kontroly stresu, kde úspěchy institutu materiálů Ningbo zaplňují klíčovou technologickou mezeru; Posledně jmenované dva - Precision obrábění a integrace balení - jsou stále posedlé několika zámořskými podniky s úplnými procesními schopnostmi a stávají se klíčovými kontrolními body pro domácí materiály pro vstup do průmyslového konce .

 

Especially in the field of chip packaging, directly bonding diamond films to the surface of power device chips (such as GaN power amplifiers) can significantly reduce interface thermal resistance and stabilize chip junction temperature, thereby extending lifespan and improving frequency stability. In the past, due to the high surface roughness and warpage of diamond, packaging manufacturers often used the method of attaching a copper intermediate layer to Dosáhněte nepřímého rozptylu tepla, ale to výrazně obětovalo vynikající tepelnou vodivost diamantu . Proto dosažení samopodporovací struktury s nízkým povrchovým napětím a vysokou rovinnou je předpokladem pro dosažení přímého tepelného spojení mezi úctou k přechodu k přechodu na přechod k přechodu na přechod k přechodu na přechod k přechodu na přechod na přechod na přechod k přechodu na přechod na přechod k přechodu k přechodu na přechod k přechodu na přechod k přechodu na přechod k přechodu na přechod. Systémy balení na úrovni oplatky .

 

Z pohledu downstream průmyslových odvětví jsou hlavní aplikace materiálů pro správu tepelného tepelného řízení zaměřeny na vysokofrekvenční komunikaci (jako jsou základní stanice 5G, radar milimetrových vln), vysoce výkonná elektronika (nové střídače energetického vozidla, průmyslové energetické moduly) a přesahující výpočetní prostředky) . v AI serveru s tjonom (THIP (THIP (THEP (THIP) Účinnost rozptylu tepla v tepelném systému tradičního chlazení vzduchu má tendenci dosáhnout svého limitu, přičemž více než 40% spotřeby energie systému se používá pro tepelnou správu, což se stává důležitým nelineárním faktorem omezujícím další zvyšování výpočetního výkonu . Disamantová disipační materiály, vzhledem k tomu, že je v rámci tepelného zdroje, repozitá, na paměti, na paměti Struktury . V tomto směru mezinárodní společnosti, jako jsou Coherent a Element Six, postupně vydaly výrobky pro tepelné dřezy diamantového dřeva, zaměřené na špičkové výrobce čipů, jako jsou NVIDIA a AMD, zatímco Čína je stále ve stadiu vzorků inženýrství a cílených aplikací v některých vojenských oblastech .

 

Z pohledu trendů rozvoje odvětví v průmyslu vstupují materiály pro disipaci tepla diamantového tepla do fáze transformace z „laboratorního výkonu“ na „inženýrskou technologii“ . Faktory, které omezují jeho aplikaci v měřítku, se již nezaměřují na samotnou tepelnou vodivost, ale přesunují se k problémům s výrobním procesem, jako je tepelná rozšiřování, propojení, a proto se na prvním průmyslovém porovnávání {1 { Uzavřená smyčka „Balení materiálových zařízení“ může získat výhodu prvního tahače ve stopě diamantové tepelné správy . V současné době výzkumné instituce včetně čínské elektronické technologické skupiny Corporation (CETC) 38, Nanchang University a Pekingové ústav aeronautických materiálů se také začaly posilovat, které se také začaly posilovacím zařízením, které se také začaly posilovat, které se také začaly posilovat, které se zabývají rokem, které se začnou série, které se zabývají. Chcete -li prozkoumat vývoj laserového řezání a ultrazvukového broušení vhodného pro zpracování diamantových plechů .

 

In short, this technological breakthrough not only fills the gap in the field of key thermal management materials in China, but also provides a technical support point for the core material layer of China's high-performance chip heat dissipation industry chain. The transition of diamond materials from the theoretical value of "ultra-high thermal conductivity" to the practical process of "mass production, packaging, and bonding" is becoming the focus of competition in the new generation of Technologie Chip Thermal Management Technology . V budoucnu nepřetržitá iterace kolem standardizovaných rozhraní, spolehlivosti procesu a kompatibility balení určí klíčovou cestu pro diamant, který se skutečně přesune z „hvězdného materiálu“ na „průmyslový materiál“ .