Flaskhals för CPU-prestanda
Intel nämnde i sitt tekniska forum att på grund av förseningen med att få fram en korrekt lösning på läckströms- och värmeavledningsproblemen när linjebredden når nanometerskalan, har man tillfälligt övergivit utvecklingen av CPU:er med högre huvudfrekvens och vänt sig till utvecklingen av processorer med dubbla kärnor eller till och med flera kärnor. Trots detta lindras problemet med värmeavledning endast tillfälligt, värmegenereringen av en enda CPU kommer att fortsätta att öka och värmeavledningen kommer att möta större utmaningar.
Fig. A är ett schematiskt diagram över värmeavledning. Värmen genereras av processorns form och överförs direkt till kylflänsen genom svetsskiktet av metallskikt. Det finns inget material med låg värmeledningsförmåga i mitten, vilket avsevärt förbättrar dess värmeledningsförmåga. Fig. B är ett optiskt mikrofoto av CPU:ns tvärsnitt. Varje lager är i nära kontakt och minskar det termiska motståndet. Fig. C och D är bilder av CPU:n som är direktsvetsad till den bärbara datorns kylfläns. Fig. e är en bild av installation av den svetsade CPU:n i notebook-datorn för att direkt köra applikationen.
På grund av brister i yttopografin används vanligtvis ett termiskt gränssnittsmaterial (TIM1) för att minska kontaktmotståndet mellan kiselform och lock, för att fylla mellanrummen mellan de två ofullkomliga ytorna. Under hög förstoring uppvisar även polerade ytor ytjämnhet som är tillräcklig för att avbryta värmeflödet över de kontaktande gränsytorna.
Polymerbaserade material används vanligtvis som TIM1 för värmeledning över gränssnittet. Polymer TIM består av ledande fyllmedelspartiklar i en polymermatris. Eftersom de flesta polymermatriser har mycket dålig värmeledningsförmåga, sker värmeledningsförmågan huvudsakligen genom den intima kontakten mellan fyllmedelspartiklarna. Därför är det lätt att förstå varför en 100 procent metall- eller lod-TIM har mycket högre värmeledningsförmåga än en polymerbaserad TIM .
Vi presenterar en svetsintegrerad kylstruktur som kombinerar kylfläns och en enkristallin kisel-CPU-matris, producerad med behovet av låg rumstemperatur CPU-metallisering först och svetsning till kylflänsen därefter.
Skiktet måste absorbera spänningar som är ett resultat av oöverensstämmelse mellan termisk expansionskoefficient (CTE) för formen, substratet och den integrerade kylflänsen under temperaturcykler. Figur a och b är mikrostrukturen av metalliseringsytan, figur c är tvärsnittet mellan kiselmunstycket och metalliseringsskiktet, den porösa strukturen kan frigöra den termiska spänningen under temperaturcykler.
Det kan ses från efterfrågan och önskan från CPU direktsvetsning kylfläns att denna teknik har nått en konsensus i samhället i viss utsträckning och har blivit ett akut problem att lösa.
