开云kaiyun-台积电锁定12英寸碳化硅新战场，布局AI时代散热关键材料

全世界半导体财产迈入人工智能（AI）与高效能运算（HPC）驱动的新时代，散热治理正逐渐成为影响芯片设计与制程可否冲破的焦点瓶颈。当3D重叠、2.5D整合等进步前辈封装架构连续推升芯片密度与功耗，传统陶瓷基板已经难以满意热通量需求。晶圆代工龙头台积电正以一项斗胆的质料转向回应这一挑战，那就是周全拥抱12英寸碳化硅（SiC）单晶基板，并慢慢退出氮化镓（GaN）营业。此举不仅意味台积电于质料战略recalibration，更显示散热治理已经经从“辅助技能”升格为“竞争上风”的要害。

碳化硅以宽能隙半导体著名，已往重要用在高效率电力电子器件，如电动车逆变器、工业马达节制与新能源基础举措措施。然而，SiC的潜力不止在此，优秀热导率可达约500W/mK，远高在常见陶瓷基板如氧化铝（Al2O3）或者蓝宝石（Sapphire）。

AI加快器、数据中央处置惩罚器和AR智能眼镜等高密度运用慢慢落地，散热空间受限问题日趋严重。特别是于穿着式装备中，微型芯片组件切近眼睛，若无切确的热控将影响安全与不变性。这使患上台积电依附终年于12英寸晶圆制程的经验，正鞭策以年夜尺寸单晶SiC代替传统陶瓷基板。这象征着没必要重修制造系统，即能于既有产线导入新质料，统筹良率与成本上风。

虽然，用在散热治理的SiC基板不需到达功率元件那般严苛的电性缺陷尺度，但晶体完备性依旧至关主要。很多外于因素不仅会滋扰声子传导，减弱热导率，还有可能造成局部过热，进而影响机械强度与外貌平整度。对于12英寸年夜尺寸晶圆而言，翘曲与变形更是要害课题，因其直接影响芯片贴合与进步前辈封装的良率。是以，业界核心已经从“消弭电性缺陷”转向“确保体密度匀称、低孔隙率与高外貌平整度”，这些前提被视为高良率量产SiC散热基板的条件。

报道暗示，SiC联合了高热导率、强机械性与抗热打击性，于2.5D与3D封装架构中揭示出怪异上风。例如于2.5D整合方面，芯片并排架设在硅或者有机中介层上，旌旗灯号毗连短且高效，散热挑战重要于程度标的目的上。别的，于3D整合方面，芯片透过硅通孔（TSV）或者混淆键合垂直重叠，连线密度极高，但散热压力也随之倍增。是以，SiC除了了能作为被动散热质料，亦可搭配钻石、液态金属等进步前辈散热方案，组成“混淆式冷却”解决方案。

此前，台积电公布，估计在2027年前慢慢退出氮化镓（GaN）营业，将资源转投SiC范畴。此举显示公司对于市场与质料计谋的从头评估。由于比拟GaN于高频运用上风，SiC于热治理的周全性与可扩大性更切合台积电的久远结构。12英寸年夜尺寸化，不仅可降低单元成本，还有能晋升制程匀称性。只管SiC于切片、抛光与平展化上仍面对挑战，但台积电的既有装备与封装工艺能力，使其有望降服障碍，加快量产落地。

事实上，已往SiC险些与电动车功率元件划上等号。然而，台积电正鞭策SiC跨入新运用，例如导电型N型SiC作为散热基板，于高效能处置惩罚器、AI加快器中负担热扩散脚色；或者者半绝缘型SiC为中介层（Interposer），以于芯片支解与chiplet设计，提供电性断绝与热传导统筹的解决方案。这些新路径，象征着SiC再也不只是“电力电子的代名词”，而是将成为AI与数据中央芯片“热治理主干”的基石质料。

高阶质料范畴，钻石与石墨烯虽拥有极高热导率（钻石可达1,000~2,200W/mK，单层石墨烯更高达3,000~5,000W/mK），但其昂扬成本与制程范围化坚苦，使其难以成为主流。液态金属、导电凝胶与微流体冷却等替换方案虽有潜力，但于整合性与量产成本上亦存挑战。相较之下，SiC以“机能、机械强度与可量产性兼具”的特色，揭示出最具现实性的折中方案。

是以，台积电于12英寸晶圆制造上的深挚经验，使其有别在其他竞争者。不仅能以既有基础加快SiC平台建构，还有能依附高度制程节制能力，快速将质料上风转化为体系级散热方案。与此同时，英特尔鞭策反面供电（Backside Power Delivery）与热─功率协同设计，显示全世界龙头厂商皆已经将散热视为焦点竞争力。