散热划时代革命─液冷散热

随着半导体晶片逐渐朝向高性能、超薄、微型化发展，体积越来越小，电晶体密度越来越高，电子元件散热的空间也越来越小，而单位面积内所产生的热能却 越来越高。 无论是手机还是电脑，发热密度都呈现指数级增长，晶片效能越强，解热难度越高。

此外，加密货币挖矿场、大型伺服器与资料中心中，高阶CPU、GPU所产生的热能更为惊人。 如果这些热能不能被快速有效地散出，轻则影响效能，严重则会导致电脑或手机出现「电子迁移效应」，进而导致当机或无法正常运作。

台积电未雨绸缪，超前部署晶片水冷技术，在今年七月，台积电在超大型积体电路(VLSI)研讨会上展示了他们在晶片水冷领域的最新研究成果。

这种技术采用水通道直接引导至晶片，以提高晶片的散热效率。 或许听起来有些不可思议，但为什么突然投入这项研究呢？ 传统上，晶片散热是透过在晶片上涂上导热矽脂，将热量传导到散热器底部，再由导热管、水冷管将热量引导至鳍片，最终由风扇将鳍片上的热量吹散，完成整个 散热过程。

然而，若未来的晶片采用3D堆叠技术，尤其是最新的SoIC先进封装，可以任意组合不同制程的晶片，不仅包含记忆体，还能将感测器直接封装在同一颗晶片中。

这使得线路密度达到2.5D的一千倍，进而使散热成为一个极大的挑战，3D堆叠晶片的设计更为复杂，微缩制程更加微小，将晶片逐层堆叠，在这样的结构中，中间部分的 热量散热变得更加困难。 因此，台积电的研究团队认为，解决这个问题的方法是让水在夹层电路之间流动，直接将热量带走，这被视为最有效的方案，此处的水不是普通的纯水，而是 一种不导电的介电液，实际操作非常复杂且昂贵，目前仍然处于研究阶段，但这显示解决晶片散热问题将成为半导体产业未来的重要发展趋势之一。

文字编辑 高柏科技团队

 

作者

林唯耕教授

学历 | 美国马里兰大学博士

现职 | 国立清华大学，工程与系统科学系，兼任教授

专长| 电子构装散热、热管、环路式热管(CPL，LHP，PHP)、节能设计、太阳能储热与冷却、热流系统、电子元件之冷却、双相流、人造卫星暨高空飞行物之热 传元件