散热划时代革命─液冷散热

随着半导体芯片逐渐朝向高性能、超薄、微型化发展─体积越来越小，晶体管密度越来越高，电子元件散热的空间越来越小，单位面积内所产生的热能却越来越高，无论是手机、电脑发热密度皆呈现指数级增长。
芯片性能越强解热难度越高，此外，加密货币挖矿场、大型服务器与数据中心，高阶CPU、GPU产生的热能更为惊人，如果热能不能快速有效散出，轻则影响性能，严重会导致电脑或手机产生「电子迁移效应」，导致当机无法工作。
台积电未雨绸缪超前部署，今年七月台积电在超大型集成电路（VLSI）研讨会上，展示芯片水冷研究结果，采用水信道直接引导到芯片，借此提高芯片散热效率。听起来觉得不可思议，为什么突然做这项研究？传统芯片散热，是在芯片上涂导热硅脂，将热量传到散热器底部，导热管、水冷管再将热量导到鳍片，最后风扇将鳍片的热量吹走，完成散热。
但是，若未来芯片采用3D堆叠技术，最新的SoIC先进封装可以任意组合各种不同制程的芯片，除了內存，甚至还能直接将感测器一起封装在同一颗芯片里面，线路的密度将是2.5D的一千倍，散热就会遇到大瓶颈。
3D堆叠芯片设计更复杂，更小的微缩制程，把芯片一层一层的堆叠起来，中间部分难以有效散热，所以台积电的研究人员认为，解决方法就是让水在夹层电路间流动，让水直接从芯片内带走热量，这是最有效的方案，这里指的水并非一般纯水，而是不会导电的介电液，实际上操作起来非常复杂且昂贵，目前处于研究阶段，这显示出解决芯片散热问题，将是半导体产业未来重要发展趋势之一。

 

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 | 电子组装散热、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、人造卫星及高空飞行物之热传元件