Terobosan Lain Penerapan Intan di Bidang Semikonduktor

Dengan kemajuan teknologi kecerdasan buatan, ukuran fitur sirkuit terpadu terus diperkecil dan kepadatan integrasi terus meningkat, yang menyebabkan peningkatan signifikan pada-fluks panas tingkat perangkat. Saat ini, kepadatan fluks panas chip elektronik telah mencapai sekitar 1000 W/cm², dengan titik panas lokal melebihi ribuan W/cm². Jika panas ini tidak dapat dihilangkan secara efektif, suhu perangkat akan meningkat, kinerja akan menurun, stabilitas dan keandalan akan terganggu, dan dalam kasus ekstrem, kegagalan atau kelelahan termal akan terjadi.

 

Unit pendingin saluran mikro telah menjadi teknologi populer karena efisiensi termal yang tinggi, struktur kompak, dan kemudahan integrasi sistem. Namun, mereka menghadapi tantangan seperti peningkatan penurunan tekanan karena konfigurasi geometrisnya dan kesulitan mempertahankan sifat permukaan pada suhu tinggi. Berlian, dengan konduktivitas termal yang sangat tinggi (1000-2200 W/(m・K)), titik leleh tinggi, dan sifat isolasi listrik, substrat AlN dengan keunggulan dalam konduktivitas termal dan koefisien ekspansi termal, serta film tipis Pt dengan kemampuan pemanasan ganda dan pengukuran suhu, merupakan material utama untuk mengoptimalkan sistem pendingin saluran mikro. Tujuannya adalah untuk mengembangkan solusi pendinginan terintegrasi material heterogen berdasarkan CVD-DMC untuk mengatasi tantangan manajemen termal fluks panas tinggi.

 

Hu Dinghua dari Universitas Sains dan Teknologi Nanjing, bekerja sama dengan tim Quanfeng Zhou di Pusat Penelitian Microsystem dan Terahertz dari China Academy of Engineering Physics, baru-baru ini mengusulkan solusi pendinginan terintegrasi material heterogen (DMC) berbasis deposisi uap kimia (CVD) saluran mikro berlian-. Dengan menggunakan kombinasi metode simulasi dan eksperimental, mereka secara sistematis menyelidiki kinerja perpindahan panasnya dalam kondisi fluks panas yang sangat-tinggi. Penelitian tersebut, berjudul "Studi eksperimental dan numerik tentang pendinginan saluran mikro berlian CVD untuk material heterogen fluks panas tinggi-cetakan terintegrasi," diterbitkan dalam International Journal of Heat and Mass Transfer.

 

Studi ini mengintegrasikan saluran mikro berlian CVD dengan substrat aluminium nitrida (AlN), di mana struktur tulang rusuk dengan berbagai geometri dibuat menggunakan mesin mikro laser femtosecond. Studi ini berfokus pada membandingkan perpindahan panas dan karakteristik aliran rusuk berbentuk persegi panjang, lingkaran, dan berlian untuk menentukan parameter desain yang optimal. Studi ini pertama kali membandingkan kinerja pembuangan panas saluran mikro berlian dan silikon dengan struktur yang sama. Pada fluks panas 1100 W/cm², suhu maksimum saluran mikro berlian kira-kira 30 derajat lebih rendah dibandingkan saluran silikon, sehingga menunjukkan kemampuan konduksi panas dan difusi yang unggul. Perbandingan tiga struktur rusuk menunjukkan bahwa struktur rusuk berbentuk berlian-menawarkan kinerja manajemen termal yang unggul. Pada laju aliran 144 mL/mnt, sampel rusuk berbentuk berlian mencapai suhu maksimum sekitar 66 derajat , lebih rendah dibandingkan sampel rusuk melingkar dan lurus. Struktur berbentuk berlian-secara efektif mengganggu lapisan batas, mendorong pencampuran cairan, dan meningkatkan koefisien perpindahan panas lokal; namun, hal ini juga mengakibatkan penurunan tekanan yang sedikit lebih tinggi. Indeks evaluasi kinerja (PEC) menunjukkan bahwa struktur berbentuk berlian mencapai keseimbangan optimal antara perpindahan panas dan konsumsi energi.

 

Hasil penelitian ini memberikan strategi pendinginan baru untuk kemasan elektronik-fluks-panas tinggi, perangkat listrik, dan chip AI. Konduktivitas termal yang tinggi dan sifat insulasi listrik dari saluran mikro berlian menjadikannya menjanjikan untuk aplikasi masa depan di pusat data, modul frekuensi radio, dan pengemasan 3D.