台积电研究芯片散热新技术，未来藉液体散热降低火龙芯片风险

根据外媒 《Hardwareluxx》 的报导，日前晶圆代工龙头台积电在超大型积体电路 (VLSI) 研讨会上，展示了对芯片上水冷的研究结果。而台积电新研究的散热解决方法，是采用将水通道直接整合到芯片的设计，用以提高芯片的散热效率。

报导强调，根据台积电所发表的消息指出，这样的散热解决方法，目前分别有散热器直接接触、直接芯片接触技术，或是浸没在非导电液体等 3 种方式。其前两种散热解决方案可透过直接接触芯片来散热，若未来芯片采用 3D 堆叠的生产技术，则散热方面就会遇到较大瓶颈。

事实上，随着芯片设计越来越复杂，加上制程技术微缩的发展，更微小的制程和垂直 3D 芯片堆叠等都让芯片中的晶体管之间的空间被压缩得更加厉害。在此情况下，如何解决散热问题成了一个大考验。而台积电的研究人员认为，未来的解决方法就是让水在夹层电路之间流动。这作法听起来似乎很容易，但实际操作起来却是困难重重。现阶段浸没在非导电液体中的做法，其散热效果对于采用 3D 堆叠技术生产的芯片来说是个不错的解决方案。但是，这方法要是使用在传统的芯片架构中，其所产生的费用就会很高昂，而且难以建构完成。

报导进一步指出，台积电为此对 3 种不同的硅水道做了相关的模拟试验，一种是直接水冷方式，也就是水有自己的循环通道，并且在生产过程中直接蚀刻到芯片当中。而另一种方式，则是水通道蚀刻到芯片顶部硅层，使用 OX （氧化硅融合） 的热界面材料 （TIM） 层将热量由芯片传递到水冷层，在借由水冷层将热量给带走。而最后是一种方式，就是将热界面材料层换成简单便宜的液态金属，以提供较佳的散热效果。

而根据台积电研究人员的测试结果，其显示第一种的方法能最好的把热量带走，其次是第二种方法。不过，即便这些看起来很奇怪的设计都有助于散热的效果。但现阶段都还处于研究阶段，还没有办法正式的量产使用，预估最快也还要等带数年的时间来进行商品化。不过，这些研究也显示芯片散热问题的解决，将是半导体产业未来的重要发展趋势之一。

（首图来源：官网）