Kuchokera ku Silicon kupita ku Silicon Carbide: Momwe Zipangizo Zotenthetsera Kwambiri Zikufotokozeranso Kupaka Chip

Silicon yakhala maziko a ukadaulo wa semiconductor kwa nthawi yayitali. Komabe, pamene kuchuluka kwa transistor kumawonjezeka ndipo ma processor amakono ndi ma module amphamvu amapanga kuchuluka kwa mphamvu, zipangizo zopangidwa ndi silicon zimakumana ndi zofooka zazikulu pakuwongolera kutentha ndi kukhazikika kwa makina.

Silikoni kabide(SiC), semiconductor ya wide-bandgap, imapereka mphamvu yowonjezereka ya kutentha ndi kuuma kwa makina, pomwe ikusunga bata pansi pa ntchito yotentha kwambiri. Nkhaniyi ikufotokoza momwe kusintha kuchokera ku silicon kupita ku SiC kukusinthira ma tchipisi, zomwe zikuyendetsa nzeru zatsopano za kapangidwe kake komanso kusintha magwiridwe antchito a dongosolo.

1. Kuyendetsa Kutentha: Kuthana ndi Vuto Lotaya Kutentha

Chimodzi mwa mavuto akuluakulu pakuyika ma chips ndi kuchotsa kutentha mwachangu. Ma processor ndi zida zamagetsi zomwe zimagwira ntchito bwino zimatha kupanga ma watts mazana ambiri mpaka zikwizikwi pamalo opapatiza. Popanda kuyeretsa bwino kutentha, mavuto angapo amabuka:

• Kutentha kwakukulu kwa malo olumikizirana komwe kumachepetsa nthawi ya moyo wa chipangizocho

• Kusinthasintha kwa makhalidwe amagetsi, zomwe zimalepheretsa kukhazikika kwa magwiridwe antchito

• Kuchulukana kwa mphamvu zamagetsi, zomwe zimapangitsa kuti phukusi lisweke kapena kulephera kugwira ntchito

Silicon ili ndi kutentha kwa pafupifupi 150 W/m·K, pomwe SiC imatha kufika 370–490 W/m·K, kutengera mawonekedwe a kristalo ndi mtundu wa zinthu. Kusiyana kwakukulu kumeneku kumapangitsa kuti ma CD okhala ndi SiC azitha:

• Kutentha kumayenda mofulumira komanso mofanana

• Kutentha kotsika kwa malo olumikizirana

• Chepetsani kudalira njira zoziziritsira zakunja zokulirakulira

2. Kukhazikika kwa Makina: Chinsinsi Chobisika cha Kudalirika kwa Phukusi

Kupatula kuganizira za kutentha, ma chip package ayenera kupirira kutentha, kupsinjika kwa makina, ndi katundu wopangidwa. SiC imapereka zabwino zingapo kuposa silicon:

• Higher Young's modulus: SiC ndi yolimba nthawi 2-3 kuposa silicon, yolimbana ndi kupindika ndi kupotoka

• Kuchuluka kwa kutentha (CTE): Kugwirizana bwino ndi zinthu zolongedza kumachepetsa kupsinjika kwa kutentha

• Kukhazikika kwapamwamba kwa mankhwala ndi kutentha: Kumasunga umphumphu pamalo ozizira, otentha kwambiri, kapena owononga

Makhalidwe amenewa amathandizira mwachindunji kuti zinthu zikhale zodalirika komanso zokolola zambiri kwa nthawi yayitali, makamaka pakupanga zinthu zamphamvu kwambiri kapena zolemera kwambiri.

3. Kusintha kwa Filosofi Yopangira Mapaketi

Ma phukusi achikhalidwe opangidwa ndi silicon amadalira kwambiri kasamalidwe ka kutentha kwakunja, monga ma heatsink, mbale zozizira, kapena kuzizira kwachangu, zomwe zimapangitsa kuti pakhale chitsanzo cha "kasamalidwe ka kutentha kosachitapo kanthu". Kugwiritsa ntchito SiC kumasintha kwambiri njira iyi:

• Kusamalira kutentha kophatikizidwa: Phukusili palokha limakhala njira yotenthetsera yogwira ntchito bwino kwambiri

• Thandizo la mphamvu zambiri: Ma chips amatha kuyikidwa pafupi kapena kuyikidwa pamodzi popanda kupitirira malire a kutentha

• Kusinthasintha kwakukulu kwa kuphatikiza makina: Kuphatikiza kwa ma chip ambiri ndi kosiyana kumakhala kotheka popanda kusokoneza magwiridwe antchito a kutentha

Mwachidule, SiC si "chinthu chabwino" chabe—imalola mainjiniya kuganiziranso kapangidwe ka chip, maulumikizidwe, ndi kapangidwe ka ma paketi.

4. Zotsatira za Kuphatikizana Kosiyanasiyana

Machitidwe amakono a semiconductor amaphatikiza kwambiri zida za logic, mphamvu, RF, komanso photonic mkati mwa phukusi limodzi. Gawo lililonse lili ndi zofunikira zosiyanasiyana za kutentha ndi makina. Ma substrates ndi ma interposer ochokera ku SiC amapereka nsanja yogwirizanitsa yomwe imathandizira kusiyanasiyana kumeneku:

• Kutentha kwambiri kumathandiza kuti kutentha kugawidwe mofanana pazida zosiyanasiyana

• Kulimba kwa makina kumatsimikizira umphumphu wa phukusi pansi pa kuyika zinthu zovuta komanso mawonekedwe ochulukirapo

• Kugwirizana ndi zipangizo zamtundu wa bandgap kumapangitsa SiC kukhala yoyenera kwambiri pakugwiritsa ntchito mphamvu za m'badwo wotsatira komanso ntchito zamakompyuta zapamwamba

5. Zoganizira Zokhudza Kupanga

Ngakhale SiC ili ndi zinthu zabwino kwambiri, kuuma kwake ndi kukhazikika kwa mankhwala zimayambitsa mavuto apadera opanga:

• Kuchepetsa ma wafer ndi kukonzekera pamwamba: Kumafuna kupukuta bwino kuti tipewe ming'alu ndi kupotoza

• Kudzera mu kapangidwe ndi mapangidwe: Ma vias okhala ndi chiŵerengero chapamwamba nthawi zambiri amafunikira njira zodulira zouma zothandizidwa ndi laser kapena zapamwamba

• Kupangidwa kwa zitsulo ndi kulumikizana: Kulumikizana kodalirika komanso njira zamagetsi zosalimba zimafuna zigawo zapadera zotchinga

• Kuyang'anira ndi kuwongolera zokolola: Kulimba kwambiri kwa zinthu ndi kukula kwakukulu kwa wafer kumakulitsa mphamvu ya zolakwika zazing'ono ngakhale zazing'ono.

Kuthana ndi mavutowa bwino ndikofunikira kwambiri kuti SiC ipindule kwambiri popanga ma CD abwino kwambiri.

Mapeto

Kusintha kuchokera ku silicon kupita ku silicon carbide sikungowonjezera zinthu zokha—kumakonzanso njira yonse yopangira ma chip. Mwa kuphatikiza mphamvu zapamwamba za kutentha ndi makina mwachindunji mu substrate kapena interposer, SiC imalola mphamvu zambiri, kudalirika bwino, komanso kusinthasintha kwakukulu pakapangidwe ka dongosolo.

Pamene zipangizo zamagetsi zamagetsi zikupitirirabe kupititsa patsogolo ntchito, zipangizo zochokera ku SiC sizimangowonjezera zinthu zina—ndizofunikira kwambiri pakupanga ma phukusi a m'badwo wotsatira.