Недавно отечественное предприятие в области новых материалов совершило технологический прорыв в промышленном производстве высокотеплопроводных алмазно-медных композитных пластин, продукция поставляется серийными партиями. Она служит новым решением для тепловых стоков в сфере ИИ-вычислительных микросхем, силовых полупроводниковых приборов, радиочастотных компонентов, систем управления электрооборудованием на новых источниках энергии и т.д. Это важный прогресс в обеспечении независимости от импорта на рынке высокотехнологичных материалов для охлаждения электронной техники в Китае.
С постоянным ростом вычислительной мощности больших языковых моделей и распространением карбидокремниевых силовых приборов потребляемая мощность отдельных микросхем неуклонно растёт. Традиционные материалы для охлаждения — медь и медно-вольфрамовые сплавы — имеют недостатки: недостаточная теплопроводность и плохая согласованность коэффициента теплового расширения. Охлаждение стало главным ограничительным фактором для реализации потенциала микросхем и долговременной надёжности их работы. Алмазно-медные композитные пластины изготавливаются на основе искусственных алмазных зёрен как фазы, усиливающей теплопроводность, и медной матрицы. Материал формируется методами модификации межфазной поверхности, вакуумной инфильтрации расплава и высокотемпературного спекания. Он сочетает сверхвысокую теплопроводность алмаза с хорошей обрабатываемостью и электропроводностью меди.
Согласно результатам испытаний, теплопроводность серийно выпускаемых алмазно-медных композитных пластин составляет 600–800 Вт/(м·К), что значительно выше показателя чистой меди (около 401 Вт/(м·К)). Коэффициент теплового расширения регулируется в диапазоне 5–7×10⁻⁶/К, хорошо согласуясь с параметрами кремния, карбида кремния, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов. Это позволяет существенно снизить межфазные напряжения в корпусе при циклическом изменении температуры и уменьшить риск расслоения и отказа приборов. Кроме того, материал поддаётся резке, сверлению и нанесению покрытий, подходит для изготовления подложек тепловых стоков, крышек для охлаждения корпусов, оснований охлаждения лазеров и других конструктивных элементов. Степень технологической готовности обработки выше, чем у алмазных пластин-тепловых стоков, а преимущества по совокупной стоимости существенны. На данный момент это наиболее экономически выгодное направление высокотеплопроводных материалов для масштабного внедрения.
По словам экспертов отрасли, алмаз и медь плохо смачиваются друг другом, а межфазное тепловое сопротивление долгое время было основной проблемой, ограничивающей характеристики материала. Команда разработчиков применила технологию металлизации поверхности алмазных зёрен, сформировала стабильный переходный слой на границе между алмазом и медной матрицей, создала трёхмерные пути отвода тепла и снизила межфазное тепловое сопротивление. Благодаря этому решены две ключевые отраслевые проблемы: нестабильность теплопроводности композитных пластин и склонность к расслоению. Продукция производится по индивидуальным заказам: возможна регулировка объёмной доли алмаза, размеров и гальванических покрытий, доступны как малые опытные партии, так и крупномасштабные поставки.
В области применения алмазно-медные композитные пластины постепенно внедряются в модули погружного жидкостного охлаждения сверхвычислительных серверов, силовые модули на карбиде кремния для транспорта на новых источниках энергии, радиочастотные усилители мощности 5G/6G, промышленные лазеры, высокомощные приборы радиолокационных систем космического назначения и другие устройства. В ходе испытаний на вычислительных серверах после замены традиционных элементов охлаждения заметно выросла общая способность теплопередачи модуля, снизилась пиковая температура микросхем. При неизменной конфигурации оборудования повысилась стабильность вычислений, что обеспечивает поддержку мегаваттных кластеров с жидкостным охлаждением.
Китай обладает передовой промышленной базой по производству искусственных алмазов и достаточными запасами сырья, что создаёт предпосылки для локализации алмазно-медных композитных пластин. Представители отрасли отмечают, что 2026 год считается годом массового применения алмазно-медных материалов для охлаждения. Спрос со стороны сектора вычислительной техники, электромобилей и упаковки полупроводников постоянно растёт. Отечественная продукция имеет потенциал постепенно заменить импортные высококачественные тепловые стоки и снизить зависимость от зарубежных поставок элементов теплового менеджмента для высокотехнологичных электронных цепочек Китая.
В перспективе команда разработчиков продолжит совершенствовать технологию межфазной обработки, стремясь к получению материалов с ещё более высокой теплопроводностью, крупноразмерных и сверхтонких композитных пластин. Параллельно ведётся разработка стандартизированной серийной продукции, расширение сфер применения в аэрокосмической отрасли, высокоэнергетическом оборудовании и других условиях жёсткой эксплуатации, для укрепления конкурентоспособности отечественных высокотеплопроводных композитных материалов.
