Co je to diamantově-měděná kompozitní studená deska?

Jak výkon AI čipu tlačí do rozsahu kilowattů, konvenční měděné studené desky narážejí na své limity. Tepelná vodivost mědi kolem400 W/(m·K)již nyní patří mezi nejlepší ze všech kovů, ale nemůže držet krok s hustotou tepelného toku měřenou přes čtvereční milimetry na dnešních GPU. Diamant na druhou stranu dosahuje1,000–2,000 W/(m·K)- několikrát měď - přesto je tvrdá, křehká a téměř nemožné ji přímo opracovat do žebrovaného studeného plechu. Adiamantově měděná kompozitní studená deskase ubírá pragmatickou cestou: vložte diamantové částice do měděné matrice, nechte diamant přenášet teplo a měď zajišťuje vyrobitelnost.

1. Co to je: kompozit s kovovou matricí

Kompozit diamant-měď (diamant/Cu) patří do rodiny kompozitů s kovovou matricí (MMC):

• Diamantové částice jsou obvykle naloženy na30–50 % obj.;
• Měď tvoří spojitou matrici, která zajišťuje tažnost, obrobitelnost a pájitelnost;
• Diamant působí jako výztuž a poskytuje ultra vysokou tepelnou vodivost v rovině.

Výsledný materiál zasáhne1,5–2× tepelná vodivost čisté mědi, zatímco jeho koeficient tepelné roztažnosti lze vyladit blíže křemíku (~4 ppm/K), čímž se snižuje tepelný nesoulad na rozhraní čipu. Zároveň lze kompozit stále vrtat, frézovat a pájet jako obyčejný kov – díky tomu je realistický spíše jako chladná deska než jako laboratorní kuriozita.

2. Hlavní výzva: tepelný odpor rozhraní

Skutečným inženýrským problémem není přimíchávání diamantu do mědi – to anozajišťuje hladký tok tepla přes rozhraní diamant-měď. Měď diamant sotva smáčí: roztavené měděné kuličky se na povrchu diamantu objevují jako voda na oleji a zanechávají slabé spojení a vysoký tepelný odpor na rozhraní. Průmysl na to útočí ze dvou stran:

• Diamantová povrchová metalizace: na diamantovou drť se nanese tenký povlak Ti, Cr, W nebo Mo, aby se zlepšila smáčitelnost mědi;
• Matrice z legované mědi: k mědi se přidávají aktivní prvky jako B, Zr nebo Cr; reagují s diamantovým uhlíkem na rozhraní za vzniku karbidové mezivrstvy.

Která cesta je provedena dobře, rozhoduje o tom, zda hotový materiál dosáhne 800 W/(m·K) nebo se zastaví kolem 500.

3. Jak se vyrábí: tři hlavní procesy

• Lisování za tepla práškovou metalurgií: diamantové a měděné prášky se mísí a slinují za tepla a tlaku; vyspělé a relativně levné;
• Vakuová/tlaková infiltrace: diamantový předlisek se umístí do formy a roztavená měď infiltruje lože částic pod vakuem a tlakem; je dosažitelná vysoká hustota a vyšší objemový zlomek diamantu;
• Jiskrové plazmové slinování (SPS): pulzní proud poskytuje rychlý ohřev, jemná zrna a řízenou mezifázovou reakci; oblíbené pro výzkum a vývoj a špičkové malosériové díly.

Sochor je poté opracován do mikrokanálových struktur, připájen na tekuté tvarovky a povrchově upraven, než se stane studenou deskou, která může spadnout do serveru AI.

4. Kam směřuje technologie

• Vyšší zatížení diamantem: pohyb od 40 % obj. k 60 % obj. tlačí tepelnou vodivost směrem k 900–1 000 W/(m·K);
• Integrované mikrokanály: kombinování diamant-Cu kompozitu s mikrokanálovými tokovými poli v jediné studené desce, ve stejném směru jako produkty, jako je Frore's LiquidJet Diamond;
• Snížení nákladů: jak se domácí nabídka diamantového mikroprášku a zralost procesu zlepšují, náklady na suroviny a obrábění rychle klesají – přesun materiálu z papírů do objemových dodávek;
• Rozšíření aplikace: mimo AI GPU se materiál přesouvá do napájecích modulů EV (SiC / GaN), základnových stanic 5G/6G, laserových diod a letecké elektroniky;
• Normy: Vytvářejí se průmyslové standardy pro tepelnou vodivost, mezifázovou odolnost a únavovou životnost, čímž se uvolňuje cesta k nákupu ve velkém měřítku.

5. Umístění firem v tomto prostoru

Na čínské straně mezi veřejně hlášené hráče patří:

• Sugon Digital: Ponorný chladicí stojan C8000 V3.0 megawatt třídy C8000 s fázovou změnou je prvním velkým nasazením diamantově-měděného tepelného materiálu, který rozptyluje více než 200 W/cm² s tepelnou vodivostí až o 80 %;
• Worldia: vyvinula kompozity diamant-měď pro šíření tepla studenými deskami a v současné době odebírá vzorky následných zákazníků;
• Sifangda: Diamantové rozvaděče tepla CVD prošly zákaznickými testy a získaly malosériové objednávky s výrobní základnou 25 000 kusů ročně ve výstavbě;
• Huanghe Whirlwind: jeho vlastnoručně vyvinutý kompozit diamant-karbid křemíku dosahuje více než 700 W/(m·K), s CTE přizpůsobeným křemíkovým substrátům; řada 8palcových diamantových chladičů se již vyrábí;
• Zhongnan Diamond, Mega Diamond, Huifeng Diamonda další výrobci supertvrdých materiálů jsou umístěni v diamantovém mikroprášku a kompozitní surovině.

Mezinárodně společnosti Element Six (Velká Británie), Diamond Materials (Německo), Morgan Advanced Materials a Coherent vybudovaly dlouhodobé programy v oblasti kompozitů diamant-měď a diamant-hliník.

Zavírání

Studená deska z kompozitu diamant-měď není o nahrazení mědi diamantem. Jde o kombinovánítepelná vodivost diamantu s vyrobitelností mědivyrobit mezimateriál, kterému se žádný čistý kov nevyrovná. Vzhledem k tomu, že výkon čipu AI stále stoupá a konvenční měděné studené desky se blíží svým fyzickým limitům, tento materiál se přesouvá z čísel na papíře do skutečně vyrobitelných komponent uvnitř skutečných datových center.

O huicetools:profesionální výrobce diamantových nástrojů, založený v roce 2006. S dlouholetými zkušenostmi prodáváme přímo z výroby za vysoce konkurenční ceny. Naše produktová řada zahrnuje diamantové pilové kotouče, diamantové brusné bloky, diamantové vrtáky a celou řadu diamantových nástrojů pro stavební aplikace.

Vyloučení odpovědnosti:Tento článek je upraven a přepsán z veřejně dostupných zpráv na čínském internetu a obecných znalostí oboru, které jsou poskytovány pouze pro účely průmyslu. Údaje o materiálové výkonnosti, procesní cesty a umístění společnosti zde citované pocházejí z veřejných informací zmíněných společností; skutečný výkon se liší podle procesu přípravy a podmínek aplikace. Neposkytujeme žádné prohlášení ohledně jejich úplnosti, přesnosti nebo včasnosti a tento článek nepředstavuje investiční nebo nákupní poradenství. Pro zveřejnění nebo citaci prosím kontaktujte huicetools a uveďte původní zdroj.