CPU-Leistungsengpass
Intel erwähnte in seinem technischen Forum, dass es aufgrund der Verzögerung bei der Suche nach einer geeigneten Lösung für die Leckstrom- und Wärmeableitungsprobleme, wenn die Linienbreite den Nanometerbereich erreicht, die Entwicklung von CPUs mit höherer Hauptfrequenz vorübergehend aufgegeben und sich der Entwicklung zugewandt habe von Dual-Core- oder sogar Multi-Core-CPUs. Trotzdem wird das Wärmeableitungsproblem nur vorübergehend gemildert, die Wärmeerzeugung einer einzelnen CPU wird weiter zunehmen, und die Wärmeableitung wird größeren Herausforderungen gegenüberstehen.
Fig. A ist ein schematisches Diagramm der Wärmeableitung. Die Wärme wird durch den Chip des Prozessors erzeugt und durch die Metallschicht-Schweißschicht direkt auf den Kühlkörper übertragen. In der Mitte befindet sich kein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, was die Wärmeleitfähigkeit erheblich verbessert. Abb. B ist eine lichtmikroskopische Aufnahme des CPU-Querschnitts. Jede Schicht steht in engem Kontakt und reduziert den thermischen Widerstand. Abb. C und D sind Bilder der CPU, die direkt mit dem Kühlkörper des Notebooks verschweißt ist. Abb. e ist ein Bild der Installation der verschweißten CPU im Notebook, um die Anwendung direkt auszuführen.
Aufgrund von Unvollkommenheiten in der Oberflächentopographie wird typischerweise ein thermisches Schnittstellenmaterial (TIM1) verwendet, um den Kontaktwiderstand zwischen dem Siliziumchip und dem Deckel zu verringern und die Lücken zwischen den beiden unvollkommenen Oberflächen zu füllen. Unter starker Vergrößerung weisen sogar polierte Oberflächen eine Oberflächenrauhigkeit auf, die ausreicht, um den Wärmefluss über die kontaktierenden Grenzflächen zu unterbrechen.
Materialien auf Polymerbasis werden üblicherweise als TIM1 für die Wärmeleitung über die Grenzfläche verwendet. Polymer TIM besteht aus leitfähigen Füllstoffpartikeln in einer Polymermatrix. Da die meisten Polymermatrixen eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit haben, erfolgt die Wärmeleitung hauptsächlich durch den engen Kontakt zwischen den Füllstoffpartikeln. Daher ist es leicht zu verstehen, warum ein TIM aus 100 Prozent Metall oder Lot eine viel höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als ein TIM auf Polymerbasis .
Wir stellen eine schweißintegrierte Kühlstruktur vor, die einen Kühlkörper und einen einkristallinen Silizium-CPU-Chip kombiniert, die zunächst mit der Notwendigkeit einer CPU-Metallisierung bei niedriger Raumtemperatur und anschließendem Schweißen an den Kühlkörper hergestellt wurde.
Die Schicht muss Spannungen aufnehmen, die sich aus der Fehlanpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) des Chips, des Substrats und des integrierten Kühlkörpers während des Temperaturwechsels ergeben. Abbildung a und b ist die Mikrostruktur der Metallisierungsoberfläche, Abbildung c ist der Querschnitt zwischen dem Siliziumchip und der Metallisierungsschicht, die poröse Struktur kann die thermische Spannung während des Temperaturwechsels freisetzen.
Aus der Nachfrage und dem Wunsch nach CPU-Direktschweißkühlkörpern geht hervor, dass diese Technologie in der Gesellschaft bis zu einem gewissen Grad einen Konsens gefunden hat und zu einem dringend zu lösenden Problem geworden ist.
