台積電研究晶片散熱新技術，未來藉液體散熱降低火龍晶片風險

作者 Atkinson  發布日期 2021 年 07 月 14 日 

首圖來源：台積電

外媒《Hardwareluxx》報導，晶圓代工龍頭台積電在超大型積體電路 (VLSI) 研討會，展示晶片水冷研究結果。新散熱解決方法是採用水通道直接整合到晶片，提高晶片散熱效率。

台積電消息指出，目前有散熱器直接接觸、直接晶片接觸技術，或浸沒在非導電液體等 3 種方式。前兩種散熱解決方案可直接接觸晶片散熱，若未來晶片採用 3D 堆疊技術，散熱就會遇到大瓶頸。

隨著晶片設計越來越複雜，加上製程微縮發展，更微小的製程和垂直 3D 晶片堆疊等都讓晶片電晶體空間壓縮更厲害，如何解決散熱問題成了大考驗。台積電研究人員認為，解決方法就是讓水在夾層電路間流動。聽起來很容易，實際操作卻困難重重。現階段浸沒非導電液體，散熱效果對 3D 堆疊晶片來說是不錯方案，但用於傳統晶片架構，費用會很高昂，且難以達成。

台積電對 3 種矽水道做模擬試驗，一種是直接水冷，也就是水有自己的循環通道，並在生產過程直接蝕刻到晶片。第二種是水通道蝕刻到晶片頂部矽層，使用 OX（氧化矽融合）熱介面材料（TIM）層將熱量由晶片傳遞到水冷層，再由水冷層將熱量帶走。第三種是將熱介面材料層換成簡單便宜的液態金屬，提供較佳散熱效果。

研究人員測試後，顯示第一種能帶走熱量最多，其次是第二種。即便看起來很奇怪的設計都有助散熱，但還處於研究階段，沒辦法量產使用，預估最快也要等數年商品化。但顯示解決晶片散熱問題，將是半導體產業重要發展趨勢之一。