Nút cổ chai hiệu suất CPU
Intel đã đề cập trong diễn đàn kỹ thuật của mình rằng do sự chậm trễ trong việc đưa ra giải pháp thích hợp cho các vấn đề về dòng điện rò rỉ và tản nhiệt khi độ rộng đường truyền đạt đến quy mô nanomet, hãng đã tạm thời từ bỏ việc phát triển CPU có tần số chính cao hơn và chuyển sang phát triển của CPU lõi kép hoặc thậm chí đa lõi. Mặc dù vậy, vấn đề tản nhiệt chỉ tạm thời được giải quyết, khả năng sinh nhiệt của một CPU sẽ tiếp tục tăng và việc tản nhiệt sẽ gặp nhiều thách thức hơn.
Hình A là sơ đồ tản nhiệt. Nhiệt được tạo ra bởi khuôn của bộ vi xử lý và được truyền trực tiếp đến bộ tản nhiệt thông qua lớp hàn lớp kim loại. Không có vật liệu dẫn nhiệt thấp ở giữa, giúp cải thiện đáng kể khả năng dẫn nhiệt của nó. Hình. B là một vi ảnh quang học của mặt cắt ngang CPU. Mỗi lớp tiếp xúc gần nhau và làm giảm điện trở nhiệt. Hình C và D là hình ảnh CPU được hàn trực tiếp vào tản nhiệt của máy tính xách tay. Hình e là hình lắp CPU đã hàn vào notebook để chạy trực tiếp ứng dụng.
Do địa hình bề mặt không hoàn hảo, vật liệu giao diện nhiệt (TIM1) thường được sử dụng để giảm điện trở tiếp xúc giữa khuôn silicon và nắp, để lấp đầy khoảng trống giữa hai bề mặt không hoàn hảo. Dưới độ phóng đại cao, ngay cả các bề mặt được đánh bóng cũng thể hiện độ nhám bề mặt đủ để làm gián đoạn dòng nhiệt qua các giao diện tiếp xúc.
Vật liệu dựa trên polyme thường được sử dụng làm TIM1 để dẫn nhiệt qua giao diện. Polymer TIM bao gồm các hạt phụ dẫn điện trong một ma trận polymer. Vì hầu hết ma trận polyme có tính dẫn nhiệt rất kém, nên quá trình dẫn nhiệt chủ yếu thông qua sự tiếp xúc mật thiết giữa các hạt chất độn, Do đó, dễ hiểu là tại sao TIM 100% kim loại hoặc chất hàn có độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều so với TIM gốc polyme .
Chúng tôi trình bày cấu trúc làm mát tích hợp hàn kết hợp tản nhiệt và khuôn CPU silicon đơn tinh thể, được sản xuất với nhu cầu kim loại hóa CPU ở nhiệt độ phòng thấp trước tiên và hàn vào tản nhiệt sau đó.
Lớp này phải hấp thụ sức căng do sự không phù hợp của các hệ số giãn nở nhiệt (CTE) của khuôn, chất nền và bộ tản nhiệt tích hợp trong chu kỳ nhiệt độ. Hình a và b là cấu trúc vi mô của bề mặt kim loại hóa, hình c là mặt cắt ngang giữa khuôn silicon và lớp kim loại hóa, cấu trúc xốp có thể giải phóng biến dạng nhiệt trong chu kỳ nhiệt độ.
Có thể thấy từ nhu cầu và mong muốn tản nhiệt hàn trực tiếp của CPU, công nghệ này đã đạt được sự đồng thuận trong xã hội ở một mức độ nhất định và trở thành một vấn đề cấp bách cần giải quyết.
