Naujienos – TSMC kuria naują strateginį 12 colių silicio karbido panaudojimą dirbtinio intelekto eros svarbiausiose šilumos valdymo medžiagose.

Turinys

1. Technologinis pokytis: silicio karbido iškilimas ir su juo susiję iššūkiai

2. TSMC strateginis pokytis: pasitraukimas iš GaN ir statymai už SiC

3. Medžiagų konkurencija: SiC nepakeičiamumas

4. Taikymo scenarijai: dirbtinio intelekto lustų ir naujos kartos elektronikos šilumos valdymo revoliucija

5. Būsimi iššūkiai: techniniai kliūtys ir konkurencija pramonėje

„TechNews“ duomenimis, pasaulinė puslaidininkių pramonė įžengė į dirbtinio intelekto (DI) ir didelio našumo skaičiavimo (HPC) erą, kurioje šilumos valdymas tapo pagrindine kliūtimi, darančia įtaką lustų projektavimui ir procesų proveržiams. Pažangioms pakavimo architektūroms, tokioms kaip 3D sluoksniavimas ir 2,5D integracija, toliau didinant lustų tankį ir energijos suvartojimą, tradiciniai keraminiai pagrindai nebegali patenkinti šilumos srauto reikalavimų. TSMC, pirmaujanti pasaulyje plokštelių liejykla, reaguoja į šį iššūkį drąsiai keisdama medžiagų naudojimą: visiškai pereina prie 12 colių monokristalių silicio karbido (SiC) pagrindų, palaipsniui pasitraukdama iš galio nitrido (GaN) verslo. Šis žingsnis ne tik reiškia TSMC medžiagų strategijos perkalibravimą, bet ir pabrėžia, kaip šilumos valdymas iš „pagalbinės technologijos“ virto „pagrindiniu konkurenciniu pranašumu“.

Silicio karbidas: daugiau nei galios elektronika

Silicio karbidas, žinomas dėl savo plačios draudžiamosios juostos savybių, tradiciškai buvo naudojamas didelio efektyvumo galios elektronikoje, pavyzdžiui, elektromobilių keitikliuose, pramoninių variklių valdikliuose ir atsinaujinančios energijos infrastruktūroje. Tačiau SiC potencialas gerokai viršija šias ribas. Dėl išskirtinio maždaug 500 W/mK šilumos laidumo, gerokai lenkiančio įprastus keraminius substratus, tokius kaip aliuminio oksidas (Al₂O₃) ar safyras, SiC dabar yra pasirengęs spręsti didėjančius didelio tankio taikymų šiluminius iššūkius.

Dirbtinio intelekto greitintuvai ir terminė krizė

Dirbtinio intelekto greitintuvų, duomenų centrų procesorių ir papildytosios realybės išmaniųjų akinių plitimas sustiprino erdvinius apribojimus ir šilumos valdymo dilemas. Pavyzdžiui, nešiojamuosiuose įrenginiuose, šalia akių esantiems mikroschemų komponentams reikalingas tikslus šilumos valdymas, siekiant užtikrinti saugumą ir stabilumą. Pasitelkdama dešimtmečius kauptą 12 colių plokštelių gamybos patirtį, TSMC kuria didelio ploto monokristalinius SiC substratus, skirtus pakeisti tradicinę keramiką. Ši strategija leidžia sklandžiai integruoti į esamas gamybos linijas, subalansuojant našumą ir sąnaudų pranašumus, nereikalaujant visiško gamybos pertvarkymo.

Techniniai iššūkiai ir inovacijos“.

Nors SiC substratams, skirtiems šilumos valdymui, nereikia griežtų elektros defektų standartų, kurių reikalauja galios įtaisai, kristalų vientisumas išlieka labai svarbus. Išoriniai veiksniai, tokie kaip priemaišos ar įtempiai, gali sutrikdyti fononų perdavimą, sumažinti šilumos laidumą ir sukelti lokalizuotą perkaitimą, galiausiai paveikdami mechaninį stiprumą ir paviršiaus lygumą. 12 colių plokštelių atveju deformacija ir iškraipymas yra svarbiausi rūpesčiai, nes jie tiesiogiai veikia lustų sujungimą ir didesnį pakavimo našumą. Todėl pramonės dėmesys perėjo nuo elektrinių defektų šalinimo prie vienodo tūrio tankio, mažo poringumo ir didelio paviršiaus lygumo užtikrinimo – tai yra būtinos sąlygos didelio našumo SiC terminio substrato masinei gamybai.

“.SiC vaidmuo pažangioje pakuotėje

Dėl didelio SiC šilumos laidumo, mechaninio atsparumo ir atsparumo šiluminiams smūgiams jis tampa revoliuciniu 2,5D ir 3D pakuočių kūrėju:

2.5D integracija:Lustai montuojami ant silicio arba organinių tarpinių su trumpais, efektyviais signalo keliais. Šilumos išsklaidymo iššūkiai čia daugiausia yra horizontalūs.
3D integracija:Vertikaliai sukrauti lustai per silicio kiaurymių (TSV) arba hibridinį sujungimą pasiekia itin didelį sujungimo tankį, tačiau susiduria su eksponentiniu terminiu slėgiu. SiC ne tik tarnauja kaip pasyvi šiluminė medžiaga, bet ir sąveikauja su pažangiais sprendimais, tokiais kaip deimantas ar skystas metalas, sudarydamas „hibridines aušinimo“ sistemas.

“.Strateginis išėjimas iš GaN

TSMC paskelbė planus iki 2027 m. palaipsniui nutraukti GaN veiklą, perskirstydama išteklius SiC. Šis sprendimas atspindi strateginį pertvarkymą: nors GaN puikiai tinka aukšto dažnio taikymams, išsamios SiC šilumos valdymo galimybės ir mastelio keitimas geriau atitinka ilgalaikę TSMC viziją. Perėjimas prie 12 colių plokštelių žada sumažinti sąnaudas ir pagerinti procesų vienodumą, nepaisant iššūkių pjaustymo, poliravimo ir planarizacijos srityse.

Už automobilių pramonės ribų: naujos SiC ribos

Istoriškai SiC buvo automobilių galios įrenginių sinonimas. Dabar TSMC iš naujo įsivaizduoja savo pritaikymą:

Laidus N tipo SiC:Veikia kaip šilumos skirstytuvai dirbtinio intelekto greitintuvuose ir didelio našumo procesoriuose.
Izoliacinis SiC:Tarnauja kaip tarpikliai mikroschemų konstrukcijose, subalansuodami elektrinę izoliaciją su šilumos laidumu.

Šios inovacijos SiC pozicionuoja kaip pagrindinę medžiagą šilumos valdymui dirbtinio intelekto ir duomenų centrų lustuose.

.Materialusis kraštovaizdis

Nors deimantas (1 000–2 200 W/mK) ir grafenas (3 000–5 000 W/mK) pasižymi geresniu šilumos laidumu, jų didelės išlaidos ir mastelio keitimo apribojimai trukdo plačiai taikyti šias medžiagas. Tokios alternatyvos kaip skystas metalas arba mikrofluidinis aušinimas susiduria su integracijos ir kainos barjerais. SiC „idealusis taškas“ – našumo, mechaninio stiprumo ir gaminamumo derinys – daro jį praktiškiausiu sprendimu.

“.

TSMC konkurencinis pranašumas

TSMC 12 colių plokštelių patirtis išskiria ją iš konkurentų, nes leidžia greitai diegti SiC platformas. Pasinaudodama esama infrastruktūra ir pažangiomis pakavimo technologijomis, tokiomis kaip CoWoS, TSMC siekia paversti medžiagų pranašumus sisteminio lygio šiluminiais sprendimais. Tuo pat metu tokie pramonės gigantai kaip „Intel“ teikia pirmenybę galinio maitinimo šaltiniui ir bendram šiluminės energijos projektavimui, pabrėždami pasaulinį poslinkį link į šilumą orientuotų inovacijų.

Įrašo laikas: 2025 m. rugsėjo 28 d.

„TSMC“ kuria naują strateginį 12 colių silicio karbido panaudojimą dirbtinio intelekto eros svarbiausių šilumos valdymo medžiagų srityje.