Vật liệu giao diện nhiệt cho chip AI
Chip AI thế hệ mới tiêu thụ hàng trăm đến hơn một nghìn watt trên một diện tích chỉ vài chục centimet vuông. Để giữ nhiệt độ mối nối trong giới hạn cho phép, các nhà thiết kế đang chuyển sang vật liệu giao diện nhiệt (TIM) chuyển pha và keo dẫn nhiệt hệ số cao, thay cho mỡ tản nhiệt thông thường.
Bài viết tổng hợp những thông số cần quan tâm khi chọn TIM cho bộ tăng tốc AI, máy chủ GPU và mô-đun tính toán biên, dựa trên kinh nghiệm tư vấn của đội kỹ thuật AMS Việt Nam cho các nhà máy lắp ráp bo mạch máy chủ.
Vì sao chip AI đặt ra bài toán nhiệt khác biệt
Mật độ công suất trên đế chip AI có thể vượt 100 W/cm², kèm theo các điểm nóng cục bộ tại vùng nhân tính toán. Khi khuôn chip lớn và đế đóng gói cong vênh theo nhiệt, khe hở giữa chip và nắp tản nhiệt thay đổi liên tục trong quá trình vận hành. Vật liệu TIM vì vậy không chỉ cần dẫn nhiệt tốt mà còn phải lấp đầy khe hở biến thiên mà không bị đẩy ra ngoài, hiện tượng thường gọi là pump-out.
TIM chuyển pha: mỏng như mỡ, sạch như tấm
Vật liệu chuyển pha ở dạng rắn tại nhiệt độ phòng nên dễ thao tác, dán sẵn lên tản nhiệt. Khi chip đạt khoảng 45–60°C, vật liệu hóa mềm và chảy vào các khe vi mô, tạo đường liên kết mỏng chỉ 20–30 µm. Ưu điểm lớn là không bị khô, không chảy dầu và ít pump-out sau hàng nghìn chu kỳ nhiệt.
Keo dẫn nhiệt hệ số cao
Với vị trí cần cố định cơ khí, keo dẫn nhiệt silicone hoặc epoxy chứa hạt gốm, nhôm oxit hay boron nitride cho hệ số 3–8 W/m·K. Một số dòng chứa hạt kim loại đạt cao hơn nhưng dẫn điện, cần thiết kế cách ly cẩn thận.
| Loại TIM | Hệ số dẫn nhiệt | Độ dày liên kết | Ứng dụng phù hợp |
|---|---|---|---|
| Mỡ tản nhiệt thông thường | 1–4 W/m·K | 25–50 µm | CPU phổ thông |
| TIM chuyển pha | 3–8,5 W/m·K | 20–30 µm | GPU, bộ tăng tốc AI |
| Keo dẫn nhiệt đóng rắn | 3–8 W/m·K | 50–150 µm | Nắp tản nhiệt, mô-đun nguồn |
| Gap filler dạng lỏng | 2–6 W/m·K | 0,3–3 mm | Bộ nhớ, VRM trên bo |
Tiêu chí chọn vật liệu cho dây chuyền
- Trở kháng nhiệt tổng ở độ dày thực tế, không chỉ hệ số dẫn nhiệt danh định.
- Độ ổn định sau thử nghiệm chu kỳ nhiệt và lão hóa ở 125–150°C.
- Khả năng thao tác: dán tấm, in lưới hay phân phối bằng máy.
- Hàm lượng siloxane bay hơi thấp để không ảnh hưởng tiếp điểm quang và điện.
Đội kỹ thuật AMS có thể hỗ trợ đo trở kháng nhiệt mẫu và đề xuất dòng Shin-Etsu, Henkel hay Dow phù hợp với kết cấu tản nhiệt của bạn. Liên hệ AMS Việt Nam để nhận mẫu thử và tài liệu kỹ thuật.
