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2023.12.01
產業趨勢

散热划时代革命─液冷散热

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散熱劃時代革命─ 液冷散熱

 

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。

 


林唯耕教授
 

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

 

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