台积电探索片上水冷散热方案 未来在芯片中集成水通道

对现在高性能芯片来说，散热是一个棘手的问题。除了传统的加装散热器使用风冷散热，水冷散热似乎成了一个更为高效的选择。像微软这样的业界巨头，甚至将数据中心服务器放进海中或者将设备浸泡在特殊液体里，提高散热的效率。

据Hardwareluxx报道，近期台积电（TSMC）在VLSI研讨会上，展示了对片上水冷的研究，作为新的散热解决方法，涉及将水通道直接集成到芯片的设计中。 当前的散热解决方法分别有散热器直接接触、直接芯片接触技术或浸没在非导电液体中。前两种散热解决方案只能对直接接触面散热，若芯片采用堆叠技术，散热方面就会遇到更大困难。

随着芯片设计越来越复杂，以及工艺制造技术的发展，更紧密的工艺和垂直3D芯片堆叠等技术，让晶体管之间的空间被压缩得更厉害，如何解决散热成了一个大难题。台积电的研究人员认为未来的解决方法是让水在夹层电路之间流动，听起来好像很简单，但实际操作起来是非常难的。现阶段浸没在非导电其他
液体中散热对于采用堆叠技术的芯片而言是个不错的办法，但在传统的使用场景里就变得很昂贵了，而且难以部署。

台积电为此对三种不同的硅水道做了相关的模拟试验，一种是直接水冷方法，水有自己的循环通道直接蚀刻到芯片的硅片中;另一种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）层将热量从芯片传递到水冷层;最后是一种将热界面材料层换成简单便宜的液态金属。

结果显示第一种方法最好，其次是第二种方法。当然，这些看起来很奇怪的设计现在还不能真正使用，还要等数年的时间，不过将是未来解决半导体散热的前进方向之一。