台積電研發微流道散熱 冷卻技術納入先進封裝

AI晶片算力與功耗持續攀升，熱管理正從資料中心、伺服器機櫃及冷板，進一步向半導體製程與先進封裝內部推進。隨著CoWoS、3D IC等異質整合提高晶片密度，熱源更集中於封裝內部，傳統由晶片表面向外散熱的架構逐漸面臨熱阻瓶頸，促使微流道（Microchannel）成為下一階段AI晶片散熱的重要技術方向。

台積電已將微流體散熱納入研發布局，朝先進封裝整合方向發展。現階段Direct-to-Chip液冷主要透過冷板貼近晶片封裝表面，再利用冷卻液帶走熱量；微流道則把微型液體通道設置於封裝蓋板、封裝結構，甚至進一步逼近晶片核心與主要熱源，可縮短熱傳路徑、降低熱阻，提升高熱通量晶片的冷卻能力。台積電目前的3DFabric先進封裝體系已涵蓋SoIC、CoWoS與InFO，散熱若進一步與封裝整合，熱管理將可能成為封裝架構設計的一環。

圖一 : 微流道能夠讓AI晶片在功耗持續提高時維持效能密度，成為突破「散熱牆」的重要路徑，因此成為下一階段AI晶片散熱的重要技術方向。

不過，微流道目前仍處於產業化與量產技術競逐階段，尚未形成單一主流架構。流道究竟整合於蓋板、中介層或更靠近晶片的位置，涉及不同材料、製程與可靠度取捨；當冷卻液越靠近昂貴AI晶片，微米級流道加工精度、密封、材料相容性、流阻與堵塞，以及熱循環造成的翹曲、裂縫和漏液風險，都可能直接影響封裝良率與產品壽命。因此，量產成本、長期可靠度及與既有封裝製程相容性，將成為技術能否真正落地的關鍵。

設備端也已開始提前卡位。TRUMPF於SEMICON Taiwan展示以超短脈衝雷射加工晶片堆疊內微型冷卻結構，可在碳化矽、鑽石等材料進行微米級加工；該公司指出，相較既有蝕刻方式，其雷射加工速度可提高至少五倍，顯示散熱結構進入封裝後，將衍生精密雷射加工、微細蝕刻、鍵合與密封、流體測試、熱阻量測、非破壞檢測及封裝可靠度驗證等新設備需求。

對AI晶片而言，微流道的意義不只是改善散熱，而是讓晶片在功耗持續提高下仍能維持效能密度，成為突破「散熱牆」的重要路徑。當微流道從冷板一路逼近晶片核心，先進封裝與熱管理的界線也將逐漸消失，供應鏈可能形成「CoWoS／3D IC—微流道—液路—CDU—資料中心冷卻」的新垂直架構，並帶動精密加工、封裝設備、檢測量測、流體控制與可靠度驗證需求同步升級，AI散熱競爭也將正式由伺服器零組件跨入半導體製程戰場。