散熱劃時代革命─ 液冷散熱

隨著半導體晶片逐漸朝向高性能、超薄、微型化發展─體積越來越小，電晶體密度越來越高，電子元件散熱的空間越來越小，單位面積內所產生的熱能卻越來越高，無論是手機、電腦發熱密度皆呈現指數級增長。

晶片效能越強 解熱難度越高

此外，加密貨幣挖礦場、大型伺服器與資料中心，高階CPU、GPU產生的熱能更為驚人，如果熱能不能快速有效散出，輕則影響效能，嚴重會導致電腦或手機產生「電子遷移效應」，導致當機無法工作。

台積電未雨綢繆超前部署

今年七月台積電在超大型積體電路(VLSI)研討會上，展示晶片水冷研究結果，採用水通道直接引導到晶片，藉此提高晶片散熱效率。聽起來覺得不可思議，為什麼突然做這項研究？傳統晶片散熱，是在晶片上塗導熱矽脂，將熱量傳到散熱器底部，導熱管、水冷管再將熱量導到鰭片，最後風扇將鰭片的熱量吹走，完成散熱。

但是，若未來晶片採用3D堆疊技術，最新的SoIC先進封裝可以任意組合各種不同製程的晶片，除了記憶體，甚至還能直接將感測器一起封裝在同一顆晶片裡面，線路的密度將是2.5D的一千倍，散熱就會遇到大瓶頸。

3D堆疊晶片設計更複雜，更小的微縮製程，把晶片一層一層的堆疊起來，中間部分難以有效散熱，所以台積電的研究人員認為，解決方法就是讓水在夾層電路間流動，讓水直接從晶片內帶走熱量，這是最有效的方案，這裡指的水並非一般純水，而是不會導電的介電液，實際上操作起來非常複雜且昂貴，目前處於研究階段，這顯示出解決晶片散熱問題，將是半導體產業未來重要發展趨勢之一。

文字編輯 高柏科技團隊

作者 林唯耕教授 學歷 | 美國馬里蘭大學博士 現職 | 國立清華大學，工程與系統科學系，兼任教授 專長 | 電子構裝散熱、熱管、環路式熱管(CPL，LHP，PHP)、節能設計、太陽能儲熱與冷卻、熱流系統、電子元件之冷卻、雙相流、人造衛星暨高空飛行物之熱傳元件