Внутренние предприятия сверхтвёрдых материалов постоянно совершенствуют технологические процессы и проводят масштабную проверку пластин теплопроводов из CVD-алмаза. Подложки для рассеивания тепла из алмаза, полученные методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), обладают сверхвысокой теплопроводностью и стали ключевым материалом для преодоления пределов рассеивания тепла в вычислительных чипах ИИ, ВЧ-устройствах, мощных лазерах и полупроводниках третьего поколения. Процесс независимого развития внутренней производственной цепочки набирает обороты.
С ростом потребности в больших языковых моделях растёт энергопотребление и плотность теплового потока высокопроизводительных графических процессоров GPU, силовых приборов SiC/GaN. Традиционные материалы для отвода тепла, такие как медь, алюминий и нитрид алюминия, постепенно достигают физических пределов. Теплопроводность обычной чистой меди составляет около 400 Вт/(м·К), а высококачественного CVD-алмаза — до 2000–2200 Вт/(м·К), что более чем в 5 раз выше, чем у меди. Кроме того, он обладает электроизоляционными свойствами, низким коэффициентом теплового расширения и высокой стабильностью. Он быстро отводит локальные перегретые зоны на чипах и исключает риск короткого замыкания, удовлетворяя строгим требованиям сценариев высокоплотной упаковки.
По словам специалистов отрасли, CVD-алмаз производится по технологии MPCVD (микроволновое плазменное химическое осаждение из газовой фазы). В контролируемой атмосфере атомы углерода осаждаются и растут на поверхности подложки в заданном направлении. Материал может быть обработан в пластины теплопроводов и подложки для отвода тепла разных размеров по требованию. По сравнению с природным алмазом синтетический CVD-алмаз легче получать крупногабаритным и высокочистым в массовом производстве. Также возможна металлизация и формирование рисунка на поверхности, что позволяет напрямую интегрировать его в цепочку упаковки чипов, снижать межфазное тепловое сопротивление и улучшать способность распределения тепла.
На уровне конечных применений решения для отвода тепла на основе CVD-алмаза проходят испытания образцов и поставляются малыми партиями в нескольких областях. В центрах обработки данных ИИ алмазные пластины для распределения тепла устанавливают рядом с чипами для отвода тепла, снижая скопление перегретых зон на мощных GPU и обеспечивая стабильную работу чипов на полной нагрузке. В радиочастотных, микроволновых и радиолокационных устройствах алмазные подложки уменьшают тепловое сопротивление усилительных элементов, повышают выходную мощность и долговременную надёжность высокочастотного оборудования. Они также постепенно внедряются в силовые модули для энергетики, промышленные лазеры и аэрокосмические микроэлектронные устройства для решения проблем теплового отказа при экстремальных условиях эксплуатации.
В промышленной сфере отечественные научно-исследовательские институты и производители сверхтвёрдых материалов преодолевают ограничения в оборудовании, технологиях выращивания и точной механической обработке, постепенно снимая барьеры поставок высококачественных алмазных теплопроводов из-за рубежа. Выход годных крупногабаритных CVD-алмазов растёт, а себестоимость производства снижается. Несколько ведущих предприятий одновременно расширяют производственные мощности, стандартизируют и унифицируют продукцию, предлагая заказчикам из сферы упаковки полупроводников, точной оптики и силовой электроники индивидуальные решения для отвода тепла на основе CVD-алмаза.
Аналитики отрасли считают, что тепловой менеджмент стал ключевым ограничителем, который мешает полностью раскрыть возможности высокопроизводительных электронных приборов следующего поколения. Материал для отвода тепла на основе CVD-алмаза — это не отдельный элемент охлаждения, а базовый материал новой системы теплового менеджмента. По мере роста выхода годных изделий и снижения стоимости пластины теплопроводов из CVD-алмаза будут переходить из нишевого высокотехнологичного применения в массовое использование, создавая прочную материальную базу для инфраструктуры вычислений, полупроводников третьего поколения и передовой радиочастотной промышленности, становясь важным звеном развития новых производительных сил.
