Ziņas — TSMC nostiprina 12 collu silīcija karbīda izmantošanu jaunā robežā, stratēģiski ieviešot to mākslīgā intelekta laikmeta kritiski svarīgajos termiskās pārvaldības materiālos.

Satura rādītājs

1. Tehnoloģiskās pārmaiņas: silīcija karbīda uzplaukums un tā izaicinājumi

2. TSMC stratēģiskā maiņa: izeja no GaN un likmes uz SiC

3. Materiālu konkurence: SiC neaizstājamība

4. Lietojuma scenāriji: termiskās pārvaldības revolūcija mākslīgā intelekta mikroshēmās un nākamās paaudzes elektronikā

5. Nākotnes izaicinājumi: tehniskās problēmas un nozares konkurence

Saskaņā ar TechNews datiem, globālā pusvadītāju nozare ir ienākusi mākslīgā intelekta (MI) un augstas veiktspējas skaitļošanas (HPC) laikmetā, kur termiskā pārvaldība ir kļuvusi par galveno vājo vietu, kas ietekmē mikroshēmu dizainu un procesu sasniegumus. Tā kā tādas progresīvas iepakojuma arhitektūras kā 3D sakraušana un 2,5D integrācija turpina palielināt mikroshēmu blīvumu un enerģijas patēriņu, tradicionālie keramikas substrāti vairs nespēj apmierināt termiskās plūsmas prasības. TSMC, pasaulē vadošā vafeļu liešanas rūpnīca, reaģē uz šo izaicinājumu ar drosmīgu materiālu maiņu: pilnībā pieņemot 12 collu monokristāla silīcija karbīda (SiC) substrātus, vienlaikus pakāpeniski pametot gallija nitrīda (GaN) biznesu. Šis solis ne tikai nozīmē TSMC materiālu stratēģijas atkārtotu kalibrēšanu, bet arī uzsver, kā termiskā pārvaldība ir pārgājusi no "atbalsta tehnoloģijas" uz "galveno konkurences priekšrocību".

Silīcija karbīds: vairāk nekā tikai energoelektronika

Silīcija karbīds, kas ir pazīstams ar savām platjoslas pusvadītāju īpašībām, tradicionāli ir izmantots augstas efektivitātes jaudas elektronikā, piemēram, elektrotransportlīdzekļu invertoros, rūpniecisko motoru vadībā un atjaunojamās enerģijas infrastruktūrā. Tomēr SiC potenciāls sniedzas daudz tālāk. Ar izcilu siltumvadītspēju aptuveni 500 W/mK, kas ievērojami pārsniedz parasto keramikas substrātu, piemēram, alumīnija oksīda (Al₂O₃) vai safīra, siltumvadītspēja tagad ir gatava risināt pieaugošās termiskās problēmas augsta blīvuma lietojumprogrammās.

Mākslīgā intelekta paātrinātāji un termiskā krīze

Mākslīgā intelekta paātrinātāju, datu centru procesoru un papildinātās realitātes (AR) viedās brilles izplatība ir saasinājusi telpiskos ierobežojumus un termiskās pārvaldības dilemmas. Piemēram, valkājamās ierīcēs mikroshēmu komponentiem, kas novietoti acs tuvumā, ir nepieciešama precīza termiskā kontrole, lai nodrošinātu drošību un stabilitāti. Izmantojot savu gadu desmitiem ilgo pieredzi 12 collu vafeļu ražošanā, TSMC izstrādā liela laukuma monokristāla SiC substrātus, lai aizstātu tradicionālo keramiku. Šī stratēģija nodrošina nemanāmu integrāciju esošajās ražošanas līnijās, līdzsvarojot ražības un izmaksu priekšrocības, neprasot pilnīgu ražošanas pārveidi.

Tehniskie izaicinājumi un inovācijas“

Lai gan SiC substrātiem termiskās pārvaldības nolūkos nav nepieciešami stingri elektrisko defektu standarti, ko pieprasa jaudas ierīces, kristāla integritāte joprojām ir kritiska. Ārējie faktori, piemēram, piemaisījumi vai spriegums, var traucēt fononu pārraidi, samazināt siltumvadītspēju un izraisīt lokalizētu pārkaršanu, galu galā ietekmējot mehānisko izturību un virsmas līdzenumu. 12 collu vafeļu gadījumā deformācija un deformācija ir ārkārtīgi svarīgas problēmas, jo tās tieši ietekmē mikroshēmu savienošanu un uzlabotu iepakojuma ražu. Tādējādi nozares uzmanības centrā ir no elektrisko defektu novēršanas nodrošināšana vienmērīga tilpuma blīvuma, zemas porainības un augstas virsmas plaknes nodrošināšana, kas ir priekšnoteikumi augstas ražības SiC termiskā substrāta masveida ražošanai.

“SiC loma uzlabotā iepakojumā

SiC augstā siltumvadītspēja, mehāniskā izturība un termiskā trieciena izturība padara to par revolucionāru 2,5D un 3D iepakojuma materiālu:

2.5D integrācija:Mikroshēmas tiek montētas uz silīcija vai organiskiem starpposmiem ar īsiem, efektīviem signāla ceļiem. Siltuma izkliedes problēmas šeit galvenokārt ir horizontālas.
3D integrācija:Vertikāli sakrautas mikroshēmas, izmantojot caur silīciju veidotas atveres (TSV) vai hibrīdsavienojumus, sasniedz īpaši augstu savienojumu blīvumu, taču saskaras ar eksponenciālu termisko spiedienu. SiC kalpo ne tikai kā pasīvs termiskais materiāls, bet arī sinerģizējas ar tādiem progresīviem risinājumiem kā dimants vai šķidrs metāls, veidojot "hibrīda dzesēšanas" sistēmas.

“Stratēģiska izeja no GaN

TSMC paziņoja par plāniem līdz 2027. gadam pakāpeniski pārtraukt GaN darbību, pārdalot resursus SiC. Šis lēmums atspoguļo stratēģisku pārorientāciju: lai gan GaN izceļas augstfrekvences lietojumprogrammās, SiC visaptverošās termiskās pārvaldības iespējas un mērogojamība labāk atbilst TSMC ilgtermiņa vīzijai. Pāreja uz 12 collu plāksnēm sola izmaksu samazinājumu un uzlabotu procesa vienmērīgumu, neskatoties uz izaicinājumiem griešanas, pulēšanas un planarizācijas jomā.

Vairāk nekā automobiļu rūpniecība: SiC jaunās robežas

Vēsturiski SiC ir bijis sinonīms automobiļu spēka ierīcēm. Tagad TSMC pārdomā tā pielietojumu:

Vadītspējīgs N tipa SiC:Darbojas kā siltuma izkliedētāji mākslīgā intelekta paātrinātājos un augstas veiktspējas procesoros.
Izolējošais SiC:Kalpo kā starpposmi mikroshēmu konstrukcijās, līdzsvarojot elektrisko izolāciju ar siltumvadītspēju.

Šie jauninājumi pozicionē SiC kā pamatmateriālu termiskai pārvaldībai mākslīgā intelekta un datu centru mikroshēmās.

.Materiālā ainava

Lai gan dimants (1000–2200 W/mK) un grafēns (3000–5000 W/mK) piedāvā labāku siltumvadītspēju, to augstās izmaksas un mērogojamības ierobežojumi kavē plašu ieviešanu. Alternatīvas, piemēram, šķidrs metāls vai mikrofluidiskā dzesēšana, saskaras ar integrācijas un izmaksu šķēršļiem. SiC "zelta zona" — veiktspējas, mehāniskās izturības un ražojamības apvienojums — padara to par praktiskāko risinājumu.

“

TSMC konkurētspējas priekšrocības

TSMC 12 collu vafeļu pieredze atšķir to no konkurentiem, nodrošinot ātru SiC platformu ieviešanu. Izmantojot esošo infrastruktūru un progresīvas iepakošanas tehnoloģijas, piemēram, CoWoS, TSMC mērķis ir pārveidot materiālu priekšrocības sistēmas līmeņa termiskos risinājumos. Vienlaikus tādi nozares giganti kā Intel piešķir prioritāti barošanas avotam no aizmugures un termiskās jaudas kopīgai izstrādei, uzsverot globālo pāreju uz termiski orientētu inovāciju.

Publicēšanas laiks: 2025. gada 28. septembris

TSMC piesaista 12 collu silīcija karbīdu jaunai, stratēģiskai izvietošanai mākslīgā intelekta laikmeta kritiski svarīgajos termiskās pārvaldības materiālos