Globalna poluvodička industrija ušla je u novu eru koja je vođena umjetnom inteligencijom (AI) i računarstvom visokih performansi (HPC), s termičkim upravljanjem postepeno postaje osnovno grlo u grčevima da li dizajn čipa i procesi mogu probiti.Kao napredne arhitekture za pakiranje kao što su 3D slaganje i 2.5D integracija, nastaju da se gura gustoće čipa i potrošnju energije, tradicionalne keramičke suphrane ne mogu više ispunjavati zahtjeve termičkog fluksa.TSMC, lider u livnici Wafer, reaguje na ovaj izazov s podebljanim materijalima koji prihvataju 12-inčni silicijum od silicijuma (SIC) jednokristalne podloge, postepeno izlazeći u mišinju bavljenju banalnim nitridom (GAN) poslu.Ovaj potez ne samo da označava reciklibraciju svoje materijalne strategije TSMC-a, već i naglašava da je toplotno upravljanje prelazilo iz "Pomoćne tehnologije" na ključnu "konkurentsku prednost".
Silicijunski karbid je poznat po širokim poluvodičima pojaseva, koji se tradicionalno koriste u elektroničkim uređajima visoko efikasnosti, poput pretvarača električnih vozila, industrijskih kontrola motora i nove energetske infrastrukture.Međutim, SIC-ov potencijal nadilazi te aplikacije, jer je njena odlična toplotna provodljivost oko 500W / MK daleko superiorna od zajedničkih keramičkih podloga poput aluminijumskog oksida ili safira.
Sa AI akceleratorima, procesorima podataka i AR Smart naočale sve se više raspoređuju, pitanje ograničenog termičkog prostora postaje sve teži.Ovo je posebno problematično u nosivim uređajima u kojima se mikročip komponente postavljaju blizu očiju, a nepravilna toplotna kontrola mogla bi utjecati na sigurnost i stabilnost.TSMC, koristi svoje dugogodišnje iskustvo u 12-inčnim procesima vafla, gura se za zamjenu tradicionalnih keramičkih podloga s jednim kristalnim SIC-om velike veličine, što omogućava uvođenje novih materijala u postojeće proizvodne linije bez obnove proizvodnih sistema, uz održavanje prednosti prinosa i troškova.
Iako su supstri SIC-a koji se koriste za termičko upravljanje ne trebaju zadovoljiti strogi električni standardi oštećenja potrebnih za komponente napajanja, integritet kristala ostaje presudan.Mnogi vanjski faktori mogu ometati fononski provođenje, smanjujući toplotnu provodljivost i potencijalno uzrokujući lokalizirani pregrijavanje, što utječe na mehaničku čvrstoću i površinu.Za 12-inčne vafle velike veličine, peckanje i deformacija su kritična pitanja, jer direktno utječu na vezivanje čipa i napredni prinos ambalaže.Stoga se fokus u industriji pomaknuo iz "eliminirajući električne defekte" da "osigurava jedinstvenu gustoću rasuti, nisku poroznost i visoku površinu", "uvjeti koje se vide kao preduvjeti za masovnu proizvodnju visokog prinosa.
Izvještaji pokazuju da je SIC, sa svojom visokom toplotnom provodljivošću, mehaničkom čvrstoćom i toplotnom udarnom otporu, prikazuje jedinstvene prednosti u 2.5D i 3D arhitekture pakiranja.U 2.5D integraciji čipovi su raspoređeni rame strane na silicijum ili organskim srednjim slojevima, sa kratkim i efikasnim signalnim vezama.Izazov toplotnog menadžmenta leži uglavnom u vodoravnom smjeru.U 3D integraciji čipovi se vertikalno slažu kroz silikonski vias (TSV) ili hibridno vezivanje, s izuzetno visokom gustoćom veze, ali toplinski pritisak se odgovara odgovarajuće.Stoga SiC ne služi samo kao pasivni termički materijal, već se može kombinovati sa naprednim rješenjima za hlađenje poput dijamanata ili tečnih metala za formiranje "hibridnog hlađenja" rješenja.
Prije toga, TSMC je najavio da bi postepeno izašao iz GANskog poslovanja do 2027. godine i preusmjeravanje resursa u SIC polje.Ovaj potez odražava preispitivanje kompanije i materijalne strategije kompanije.U odnosu na prednosti GAN-a u visokofrekventnim aplikacijama, SIC-ovim sveobuhvatnim termalnim upravljanjem i skalabilnošću bolje se poravnaju sa dugoročnim planovima TSMC-a.Prelazak na 12-inčni vafli velikih veličina ne može smanjiti samo jedinične troškove, već i poboljšati jednoličnost procesa.Iako se SIC još uvijek suočava sa izazovima u rezanju, poliranju i ravnanju, TSMC-ove mogućnosti procesa i procesa pakiranja daju potencijal da prevlada ove prepreke i ubrzaju masovnu proizvodnju.
U prošlosti je SIC bio gotovo sinonim za komponente električne energije za električna vozila.Međutim, TSMC gura SIC u nove aplikacije, kao što su korištenje provodljivog N-tipa SIC-a kao termičkim upravljačkim supstvima u prerađivačima visokih performansi i AI akceleratori, ili polu-izolirajuće rješenja za provod i toplinski provod.Ove nove staze znače da SIC više nije samo "sinonim za elektroniku energije", ali postaje temeljni materijal za termičko upravljanje u AI i centrima podataka.
U polju visokog materijala, dijamant i grafen imaju izuzetno visoku toplinsku provodljivost (dijamant može dostići 1.000-2,200W / MK, a monolayer grafen može prelaziti 3.000-5.000 WK / MK).Međutim, njihove visoke troškove i proizvodne težinske poteškoće sprječavaju ih da postanu mainstream.Alternativa poput tečnih metala, provodljivih gelova i mikrofluidičnog hlađenja imaju potencijal, ali suočavaju se sa izazovima u integraciji i masovnim troškovima proizvodnje.U poređenju, SIC nudi najpraktičniji kompromis, kombinirajući performanse, mehaničku čvrstoću i proizvodbilnost.
Stoga, duboka ekspertiza TSMC-a u 12-inčnom proizvodnji vafla izdvaja ga iz drugih konkurenata.Ne samo ubrzava izgradnju SIC platforme sa postojećim temeljem, ali također koristi svoje visoko kontrolirane procese za brzo prevođenje materijalnih prednosti u termička rješenja na nivou sistema.U međuvremenu, Intelov push za povučenu povuku (isporuka stražnje strane) i priključak za napajanje) i termički priključak, pokazuje da su vodeće globalne kompanije već učinile termičko upravljanje osnovnom konkurentnom snagom.