Vật liệu tổng hợp kim cương cung cấp một giải pháp mới cho vấn đề phân tán nhiệt của các thiết bị bán dẫn.

Vào ngày 23 tháng 1, Element Six, một công ty vật liệu công nghệ cao theo Diamond Giant Delbis, đã công bố ra mắt vật liệu composite kim cương bằng đồng cho sự phân tán nhiệt thiết bị bán dẫn vào ngày 22 tháng 1, cung cấp một giải pháp mới cho vấn đề phân tán nhiệt của các thiết bị bán dẫn.

 

Được biết, vật liệu composite kim cương đồng được giải phóng bởi Element Six kết hợp hai vật liệu có hiệu suất tuyệt vời trong lĩnh vực tản nhiệt: đồng, được sử dụng rộng rãi trong sự phân tán nhiệt thiết bị bán dẫn và kim cương, có độ dẫn nhiệt tuyệt vời. Thông qua một quá trình duy nhất, hai vật liệu này được kết hợp hoàn hảo để đạt được sự cân bằng giữa độ dẫn nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt giữa hai nguyên liệu thô, do đó đạt được hiệu ứng phân tán nhiệt chưa từng có.

Nền tảng kỹ thuật và các nguyên tắc

Các thiết bị bán dẫn tạo ra một lượng lớn nhiệt trong quá trình hoạt động và nếu không bị tiêu tan kịp thời, nó có thể dẫn đến giảm hiệu suất của thiết bị, rút ​​ngắn tuổi thọ hoặc thậm chí là thiệt hại. Mặc dù các vật liệu tản nhiệt truyền thống như đồng và nhôm có độ dẫn nhiệt nhất định, nhưng chúng thường đấu tranh để đối phó với tải nhiệt cao của các thiết bị bán dẫn hiệu suất cao. Do đó, điều đặc biệt quan trọng là phát triển một loại vật liệu tản nhiệt mới với độ dẫn nhiệt cao hơn.

 

Vật liệu composite kim cương đồng được sinh ra dựa trên nhu cầu này. Nó kết hợp đồng, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tản nhiệt thiết bị bán dẫn, với kim cương, có độ dẫn nhiệt tuyệt vời. Thông qua một quá trình duy nhất, hai vật liệu này được kết hợp hoàn hảo để đạt được sự cân bằng giữa độ dẫn nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt giữa hai nguyên liệu thô, do đó đạt được hiệu ứng phân tán nhiệt chưa từng có. Độ dẫn nhiệt của vật liệu này cao hơn nhiều so với đồng nguyên chất, có thể làm giảm hiệu quả nhiệt độ vận hành của các thiết bị bán dẫn và cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của chúng.

 

Các tính năng và lợi thế kỹ thuật

1. Độ dẫn nhiệt cao:

Độ dẫn nhiệt của vật liệu composite kim cương đồng vượt xa so với đồng nguyên chất, và thậm chí có thể đạt tới hơn 1000 w/m • K. Đặc tính này cho phép nó nhanh chóng phân tán nhiệt được tạo ra bởi các thiết bị bán dẫn trong một thời gian rất ngắn, do đó duy trì hoạt động ổn định của các thiết bị.

 

2. Hệ số giãn nở nhiệt thấp: Kim cương có hệ số giãn nở nhiệt thấp, làm cho sự thay đổi kích thước của vật liệu composite kim cương đồng nhỏ hơn khi nhiệt độ thay đổi, có lợi cho việc cải thiện độ ổn định và độ tin cậy của thiết bị.

 

3. Tính chất cơ học tuyệt vời: Độ cứng và cường độ cao của vật liệu tổng hợp kim cương bằng kim cương với các đặc tính cơ học tuyệt vời như khả năng chống mài mòn và khả năng chống va đập, cho phép chúng duy trì hiệu suất ổn định trong môi trường làm việc khắc nghiệt.

 

4. Hiệu suất xử lý tốt: Vật liệu composite kim cương đồng được chuẩn bị thông qua các quy trình độc đáo có hiệu suất xử lý tốt và có thể dễ dàng xử lý thành các hình dạng và kích thước khác nhau của các thiết bị tản nhiệt.

 

Các lĩnh vực ứng dụng và triển vọng

Vật liệu composite đồng kim cương đồng có triển vọng ứng dụng rộng trong nhiều trường do hiệu suất tuyệt vời của chúng:

 

1. Điện toán hiệu suất cao (HPC)/chip AI: Với sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo và công nghệ dữ liệu lớn, nhu cầu về chip điện toán hiệu suất cao đang tăng lên từng ngày. Độ dẫn nhiệt cao của vật liệu composite kim cương đồng làm cho chúng trở thành một vật liệu phân tán nhiệt lý tưởng cho các chip này.

 

2. Bộ khuếch đại công suất RF: Bộ khuếch đại công suất RF có một loạt các ứng dụng trong giao tiếp không dây, radar và các trường khác. Do tần số hoạt động cao và công suất cao, vấn đề tản nhiệt đặc biệt nổi bật. Vật liệu composite kim cương đồng có thể giải quyết hiệu quả vấn đề này và cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các bộ khuếch đại công suất RF.

 

3. Bộ chuyển đổi công suất: Bộ chuyển đổi công suất đóng một vai trò quan trọng trong các hệ thống điện tử. Chất lượng của hiệu suất phân tán nhiệt của nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định và hiệu quả của toàn bộ hệ thống. Việc áp dụng các vật liệu composite kim cương đồng sẽ giúp cải thiện hiệu suất tản nhiệt của các bộ chuyển đổi năng lượng, do đó nâng cao hiệu suất hệ thống tổng thể.

 

4. Laser bán dẫn công suất cao: Laser bán dẫn công suất cao có một loạt các ứng dụng trong nghiên cứu y tế, khoa học, công nghiệp và các lĩnh vực khác. Vấn đề phân tán nhiệt luôn là một trong những yếu tố chính hạn chế cải thiện hiệu suất của nó. Việc áp dụng các vật liệu composite kim cương đồng dự kiến ​​sẽ giải quyết vấn đề này và thúc đẩy sự phát triển của laser bán dẫn năng lượng cao.

 

Phương pháp chuẩn bị và thách thức

Có nhiều phương pháp chuẩn bị cho vật liệu composite kim cương đồng, bao gồm phương pháp lớp phủ kép, phương pháp luyện kim bột, phương pháp xâm nhập giải pháp, phương pháp sản xuất phụ gia siêu âm, phương pháp mạ điện, phương pháp nhiệt độ cao và phương pháp áp suất cao, phương pháp thiêu kết huyết tương, v.v. Tất cả phải đối mặt với những thách thức nhất định, chẳng hạn như sự phân bố không đồng đều của các hạt kim cương và cường độ liên kết giao thoa thấp. Do đó, làm thế nào để tối ưu hóa quá trình chuẩn bị và cải thiện hiệu suất của vật liệu composite là một trong những nghiên cứu hiện tại tập trung.

Triển vọng trong tương lai

 

Với sự phát triển liên tục của công nghệ, nhu cầu về các thiết bị bán dẫn hiệu suất cao sẽ tiếp tục tăng và các yêu cầu đối với vật liệu tản nhiệt cũng sẽ ngày càng cao. Vật liệu composite kim cương đồng, như một loại vật liệu tổng hợp độ dẫn nhiệt cao mới, có triển vọng ứng dụng rộng và tiềm năng phát triển rất lớn trong lĩnh vực tản nhiệt bán dẫn, và sẽ trở thành một hướng phát triển quan trọng trong trường phân tán nhiệt bán dẫn trong tương lai. Trong khi đó, với việc tối ưu hóa liên tục các quy trình chuẩn bị và giảm chi phí, các vật liệu tổng hợp bằng kim cương đồng dự kiến ​​sẽ được áp dụng trong nhiều lĩnh vực hơn, đóng góp nhiều hơn vào tiến bộ công nghệ của con người và cải thiện chất lượng cuộc sống.