Prekážka výkonu CPU
Spoločnosť Intel na svojom technickom fóre uviedla, že z dôvodu oneskorenia pri získavaní správneho riešenia problémov so zvodovým prúdom a rozptylom tepla, keď šírka čiary dosiahne rozsah nanometrov, dočasne upustil od vývoja CPU s vyššou hlavnou frekvenciou a obrátil sa na vývoj dvojjadrových alebo dokonca viacjadrových CPU. Napriek tomu je problém s odvodom tepla len dočasne zmiernený, generovanie tepla jedného CPU sa bude naďalej zvyšovať a odvod tepla bude čeliť väčším výzvam.
Obr. A je schematický diagram rozptylu tepla. Teplo je generované matricou procesora a je priamo prenášané do chladiča cez vrstvu zvárania kovovej vrstvy. V strede nie je materiál s nízkou tepelnou vodivosťou, čo výrazne zlepšuje jeho tepelnú vodivosť. Obr. B je optický mikrosnímok prierezu CPU. Každá vrstva je v tesnom kontakte a znižuje tepelný odpor. Obr. C a D sú obrázky CPU priamo privareného k chladiču notebooku. Obr. e je obrázok inštalácie zváraného CPU do notebooku na priame spustenie aplikácie.
Kvôli nedokonalostiam v topografii povrchu sa zvyčajne používa materiál tepelného rozhrania (TIM1) na zníženie kontaktného odporu medzi kremíkovou matricou a vekom, aby sa vyplnili medzery medzi dvoma nedokonalými povrchmi. Pri veľkom zväčšení dokonca aj leštené povrchy vykazujú drsnosť povrchu dostatočnú na narušenie toku tepla cez kontaktné rozhrania.
Materiály na báze polymérov sa bežne používajú ako TIM1 na vedenie tepla cez rozhranie. Polymér TIM pozostáva z častíc vodivého plniva v polymérnej matrici. Pretože väčšina polymérnych matríc má veľmi zlú tepelnú vodivosť, vedenie tepla sa uskutočňuje hlavne tesným kontaktom medzi časticami plniva, preto je ľahké pochopiť, prečo má 100-percentný kov alebo spájka TIM oveľa vyššiu tepelnú vodivosť ako TIM na báze polyméru .
Predstavujeme zváraciu integrovanú chladiacu štruktúru kombinujúcu chladič a jednokryštalickú kremíkovú matricu CPU, vyrobenú s potrebou najprv metalizácie CPU pri nízkej izbovej teplote a následne privarenia k chladiču.
Vrstva musí absorbovať napätie vyplývajúce z nesúladu koeficientov tepelnej rozťažnosti (CTE) matrice, substrátu a integrovaného chladiča počas teplotného cyklu. Obrázok aab je mikroštruktúra metalizačného povrchu, obrázok c je prierez medzi kremíkovou matricou a metalizačnou vrstvou, porézna štruktúra môže uvoľniť tepelné napätie počas teplotného cyklu.
Z dopytu a želania chladiča priameho zvárania CPU je zrejmé, že táto technológia do určitej miery dosiahla v spoločnosti konsenzus a stala sa naliehavým problémom, ktorý treba vyriešiť.
