Ledakan daya komputasi-model besar telah mendorong kepadatan daya chip AI dan perangkat-semikonduktor generasi ketiga menjadi lebih tinggi. Unit pendingin tembaga dan aluminium tradisional telah mencapai puncak kinerja fisik. Dalam skenario-fluks-panas tinggi, terobosan pembuangan panas tidak lagi bergantung pada pengoptimalan struktural saja-batas kinerja material intrinsik telah menjadi hambatan yang menentukan bagi stabilitas dan masa pakai perangkat-kelas atas. Berkat sifat fisik komprehensifnya yang luar biasa, intan dengan cepat bertransisi dari material laboratorium ke aplikasi industri, menjadi material inti yang membentuk kembali lanskap manajemen termal chip kelas atas.
Kinerja pembuangan panas Diamond secara keseluruhan luar biasa, dengan keunggulan intinya berasal dari mekanisme konduksi termal yang unik. Tidak seperti tembaga dan aluminium, yang mengandalkan elektron bebas untuk perpindahan panas dan memiliki keterbatasan yang melekat, berlian menghantarkan panas melalui transpor fonon, yang pada dasarnya menembus batas pembuangan panas bahan logam tradisional.
Berlian-kristal tunggal mencapai konduktivitas termal-suhu ruangan sebesar 2000–2200 W/(m·K)-5 hingga 6 kali lipat dari tembaga dan lebih dari 9 kali lipat dari aluminium. Pada saat yang sama, koefisien muai panasnya yang rendah (1,0–1,2×10⁻⁶/K), resistivitas listrik yang sangat tinggi, dan konstanta dielektrik yang rendah membuatnya sangat kompatibel dengan persyaratan pengemasan chip. Teknologi ini secara bersamaan mengatasi tiga tantangan utama, yaitu beban termal yang tinggi, ketidaksesuaian termal, dan gangguan listrik, serta diakui sebagai "bahan terbaik" untuk pembuangan panas pada chip AI dan perangkat daya GaN.
Untuk heat sink chip, kita harus mempertimbangkan konduktivitas termal, kemampuan beradaptasi struktural, dan biaya produksi massal. Meskipun berlian-kristal tunggal murni menawarkan kinerja ekstrem, namun sulit untuk diproses dan mahal untuk diproduksi di area yang luas, sehingga tidak cocok untuk-produksi berskala besar. Inilah alasan utama mengapa industri ini meninggalkan jalur heat sink berlian murni universal dan malah memprioritaskan material komposit berlian.
Saat ini, penerapan yang paling matang secara industri dan paling dekat dengan-skala besar adalah material komposit berlian‑tembaga. Bahan ini menggunakan partikel berlian sebagai fase penguat dan tembaga sebagai matriksnya, menggabungkan konduktivitas termal berlian yang sangat-tinggi dengan keuletan dan kemampuan menyolder tembaga, sehingga mencapai keseimbangan antara kinerja dan kepraktisan teknik. Konduktivitas termalnya mencapai 600–1000 W/(m·K), 1,5–2,5 kali lipat dari tembaga murni. Dengan menyesuaikan fraksi volume intan, koefisien muai panas dapat dicocokkan secara tepat dengan bahan semikonduktor seperti SiC dan GaN, sehingga secara efektif memecahkan masalah kegagalan sambungan pembengkokan dan solder yang disebabkan oleh ketidakcocokan termal pada heatsink tembaga tradisional.
Namun, terdapat hambatan teknis yang tersembunyi: kualitas ikatan antarmuka berlian-tembaga secara langsung menentukan kinerja pembuangan panas akhir dari produk akhir. Ikatan antar muka yang buruk menyebabkan ketahanan termal antar muka yang parah, sehingga menurunkan konduktivitas termal secara signifikan. Oleh karena itu, proses halus seperti modifikasi permukaan intan dan paduan matriks tembaga merupakan hambatan teknologi inti yang membedakan perusahaan terkemuka dari perusahaan lain dan memastikan hasil produksi-keduanya juga merupakan poin kompetitif utama dalam industri ini.
Industri berlian mengikuti dua jalur teknis utama-tunggal-kristal dan polikristalin-dengan laju industrialisasi yang sangat berbeda. Berlian-kristal tunggal tidak hanya merupakan material-pembuangan panas yang sangat baik namun juga semikonduktor-celah pita lebar-berperforma tinggi, yang menawarkan keunggulan seperti tegangan tembus tinggi, ketahanan terhadap radiasi yang kuat, dan mobilitas pembawa yang tinggi, dengan potensi masa depan untuk digunakan dalam fabrikasi chip-suhu tinggi. Namun, pertumbuhan kristal{10}}tunggal dengan area{11}}yang luas masih sangat menantang. Metode umum-pertumbuhan-tiga dimensi dan perluasan (ubin)-memiliki persyaratan ketat pada kualitas kristal benih dan lingkungan pengendapan, dan masih mengalami masalah seperti kesenjangan dan pertumbuhan yang tidak-seragam, sehingga menyulitkan penerapan komersial jangka pendek.
Berlian polikristalin yang dihasilkan melalui proses CVD, meskipun memiliki konduktivitas termal yang sedikit lebih rendah (1000–1800 W/(m·K)) dibandingkan berlian kristal tunggal karena hamburan fonon pada batas butir, dapat diproduksi di area yang luas dan dengan biaya lebih rendah dalam skala massal. Konduktivitas termalnya terus meningkat seiring bertambahnya ukuran butir. Di antaranya, berlian polikristalin mikrokristalin dan butiran besar menawarkan keseimbangan yang baik antara kinerja, ukuran, dan biaya, serta kemajuan industrialisasinya dalam pembuangan panas perangkat listrik kelas atas jauh melampaui produk kristal tunggal kelas atas.
Saat ini, fabrikasi berlian CVD terutama bergantung pada empat jenis metode, di antaranya adalah proses MPCVD (deposisi uap kimia plasma microwave) yang merupakan pilihan utama untuk memproduksi berlian polikristalin berkualitas tinggi karena keunggulannya yaitu tidak adanya kontaminasi elektroda, plasma stabil, dan parameter yang dapat dikontrol. Namun, proses ini menghadapi hambatan peralatan keras: persiapan film berlian dengan area-luas memerlukan daya gelombang mikro yang lebih tinggi dan frekuensi gelombang mikro yang lebih rendah, sehingga ukuran dan keluaran produk sepenuhnya dibatasi oleh kinerja perangkat keras generator gelombang mikro.
Keterbatasan peralatan ini berdampak langsung pada keseluruhan rantai industri. Sistem MPCVD-kelas atas yang diimpor mahal dan memiliki waktu tunggu pengiriman yang lama, sehingga menghambat laju perluasan kapasitas dalam negeri. Pada saat yang sama, peralatan MPCVD-berkekuatan tinggi yang diproduksi di dalam negeri dengan cepat melakukan iterasi dan mematahkan monopoli teknologi luar negeri. Kecepatan penyebaran-produksi massalnya akan secara langsung menentukan jalur-pengurangan biaya material pembuangan panas-berlian, dan dengan demikian apakah material ini dapat menembus-aplikasi khusus kelas atas ke dalam industri tenaga-komputasi arus utama seperti server AI dan kartu akselerator.