台积电探索片上水冷散热方案 未来芯片中集成水通道

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。