Жаңалықтар - TSMC жасанды интеллект дәуірінің маңызды жылу басқару материалдарында жаңа шекара, стратегиялық орналастыру үшін 12 дюймдік кремний карбидін бекітеді

Мазмұны

1. Технологиялық өзгеріс: кремний карбидінің көтерілуі және оның қиындықтары

2. TSMC стратегиялық өзгерісі: GaN-нан шығу және SiC-ке ставка жасау

3. Материалдық бәсекелестік: SiC-дің алмастырылмайтындығы

4. Қолдану сценарийлері: жасанды интеллект чиптеріндегі және келесі буын электроникасындағы жылулық басқару революциясы

5. Болашақ қиындықтар: техникалық кедергілер және салалық бәсекелестік

TechNews мәліметтері бойынша, жаһандық жартылай өткізгіштер өнеркәсібі жасанды интеллект (ЖИ) мен жоғары өнімді есептеулер (ЖӨЕ) дәуіріне аяқ басты, мұнда термиялық басқару чип дизайны мен процестеріндегі жетістіктерге әсер ететін негізгі кедергі ретінде пайда болды. 3D жинақтау және 2,5D интеграциясы сияқты озық қаптама архитектуралары чип тығыздығы мен қуат тұтынуын арттыра бергендіктен, дәстүрлі керамикалық негіздер енді жылу ағынына деген сұранысты қанағаттандыра алмайды. Әлемдегі жетекші пластина құю зауыты TSMC бұл қиындыққа батыл материалдық өзгеріспен жауап беруде: галлий нитриді (GaN) бизнесінен біртіндеп шығып, 12 дюймдік монокристалды кремний карбиді (SiC) негіздеріне толықтай бейімделуде. Бұл қадам TSMC материалдық стратегиясын қайта калибрлеуді ғана емес, сонымен қатар термиялық басқарудың «қолдау технологиясынан» «негізгі бәсекелестік артықшылыққа» қалай ауысқанын көрсетеді.

Кремний карбиді: Қуатты электроникадан тыс

Кең жолақты жартылай өткізгіштік қасиеттерімен танымал кремний карбиді дәстүрлі түрде электр көліктерінің инверторлары, өнеркәсіптік қозғалтқыштарды басқару және жаңартылатын энергия инфрақұрылымы сияқты жоғары тиімді энергетикалық электроникада қолданылып келеді. Дегенмен, SiC әлеуеті бұдан әлдеқайда асып түседі. Алюминий оксиді (Al₂O₃) немесе сапфир сияқты дәстүрлі керамикалық негіздерден әлдеқайда асып түсетін шамамен 500 Вт/мК ерекше жылу өткізгіштігімен SiC қазір жоғары тығыздықты қолданудың өсіп келе жатқан жылулық мәселелерін шешуге дайын.

Жасанды интеллект үдеткіштері және термиялық дағдарыс

Жасанды интеллект үдеткіштерінің, деректер орталығы процессорларының және AR ақылды көзілдіріктерінің көбеюі кеңістіктік шектеулер мен жылу басқару дилеммаларын күшейтті. Мысалы, киілетін құрылғыларда көзге жақын орналасқан микрочип компоненттері қауіпсіздік пен тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін дәл жылу бақылауын қажет етеді. 12 дюймдік пластиналарды жасау саласындағы ондаған жылдар бойғы тәжірибесін пайдалана отырып, TSMC дәстүрлі керамиканы ауыстыру үшін үлкен аумақты монокристалды SiC субстраттарын дамытуда. Бұл стратегия өндірісті толық қайта құруды қажет етпей, өнімділік пен шығын артықшылықтарын теңестіре отырып, қолданыстағы өндіріс желілеріне үздіксіз интеграциялауға мүмкіндік береді.

Техникалық қиындықтар мен инновациялар?

Термиялық басқаруға арналған SiC негіздері қуат құрылғылары талап ететін қатаң электрлік ақау стандарттарын талап етпесе де, кристалдардың тұтастығы маңызды болып қала береді. Қоспалар немесе кернеу сияқты сыртқы факторлар фонондық берілісті бұзуы, жылу өткізгіштігін төмендетуі және жергілікті қызып кетуді тудыруы мүмкін, сайып келгенде механикалық беріктік пен беттің тегістігіне әсер етеді. 12 дюймдік пластиналар үшін деформация және деформация ең маңызды мәселелер болып табылады, себебі олар чиптердің байланысына және озық қаптама өнімділігіне тікелей әсер етеді. Осылайша, саланың назары электрлік ақауларды жоюдан біркелкі көлемдік тығыздықты, төмен кеуектілікті және жоғары беттік жазықтықты қамтамасыз етуге ауысты - бұл жоғары өнімді SiC термиялық негіз массасын өндірудің алғышарттары.

?SiC-тің озық қаптамадағы рөлі

SiC жоғары жылу өткізгіштігінің, механикалық беріктігінің және жылу соққысына төзімділігінің үйлесімі оны 2,5D және 3D қаптамалардағы ойын ережесін өзгертетін фактор ретінде көрсетеді:

2.5D интеграциясы:Чиптер қысқа, тиімді сигнал жолдары бар кремнийге немесе органикалық интерпозерлерге орнатылады. Мұндағы жылу тарату мәселелері негізінен көлденең болып табылады.
3D интеграциясы:Тік қабатталған чиптер кремний арқылы өтетін өтпелер (TSV) немесе гибридті байланыс арқылы өте жоғары өзара байланыс тығыздығына қол жеткізеді, бірақ экспоненциалды жылу қысымына тап болады. SiC тек пассивті жылу материалы ретінде ғана емес, сонымен қатар «гибридті салқындату» жүйелерін қалыптастыру үшін алмас немесе сұйық металл сияқты озық ерітінділермен синергияланады.

?Ганнан стратегиялық шығу

TSMC 2027 жылға қарай GaN операцияларын кезең-кезеңімен тоқтату, ресурстарды SiC-ге қайта бөлу жоспарларын жариялады. Бұл шешім стратегиялық қайта құруды көрсетеді: GaN жоғары жиілікті қолданбаларда жақсы нәтиже көрсетсе де, SiC-тің кешенді жылу басқару мүмкіндіктері мен масштабталуы TSMC-нің ұзақ мерзімді көзқарасына жақсы сәйкес келеді. 12 дюймдік пластиналарға көшу кесу, жылтырату және тегістеудегі қиындықтарға қарамастан, шығындарды азайтуға және процестің біркелкілігін жақсартуға уәде береді.

Автокөліктен тыс: SiC-тің жаңа шекаралары

Тарихи тұрғыдан SiC автомобиль қозғалтқыш құрылғыларымен синоним болды. Қазір TSMC өзінің қолданылуын қайта қарастыруда:

Өткізгіш N-типті SiC:Жасанды интеллект үдеткіштерінде және жоғары өнімді процессорларда термиялық таратқыш ретінде әрекет етеді.
Оқшаулағыш SiC:Чиплет конструкцияларында электр оқшаулауын жылу өткізгіштікпен теңестіре отырып, интерпозитор ретінде қызмет етеді.

Бұл инновациялар SiC-ті жасанды интеллект пен деректер орталығының чиптерінде жылуды басқарудың негізгі материалы ретінде көрсетеді.

Материалдық ландшафт

Алмаз (1000–2200 Вт/мК) және графен (3000–5000 Вт/мК) жоғары жылу өткізгіштігін ұсынса да, олардың шамадан тыс құны мен масштабталу шектеулері негізгі ағымда қолдануға кедергі келтіреді. Сұйық металл немесе микрофлюидті салқындату сияқты балама нұсқалар интеграция және шығын кедергілеріне тап болады. SiC-тің «тәтті нүктесі» – өнімділікті, механикалық беріктікті және өндірістік қабілеттілікті біріктіру – оны ең прагматикалық шешімге айналдырады.

TSMC компаниясының бәсекеге қабілеттілігі

TSMC компаниясының 12 дюймдік пластиналар жасау саласындағы тәжірибесі оны бәсекелестерінен ерекшелендіреді, бұл SiC платформаларын жылдам орналастыруға мүмкіндік береді. CoWoS сияқты қолданыстағы инфрақұрылым мен озық қаптама технологияларын пайдалану арқылы TSMC материалдық артықшылықтарды жүйелік деңгейдегі жылулық шешімдерге айналдыруды мақсат етеді. Сонымен қатар, Intel сияқты салалық алыптар артқы қуат жеткізуге және жылу-қуат бірлескен жобалауға басымдық беріп, жылулық-бағытталған инновацияға жаһандық ауысуды атап өтуде.

Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 28 қыркүйек

TSMC компаниясы жасанды интеллект дәуірінің маңызды жылу басқару материалдарында жаңа шекара, стратегиялық орналастыру үшін 12 дюймдік кремний карбидін бекітеді