Industria globale gjysmëpërçuese ka hyrë në një epokë të re të nxitur nga inteligjenca artificiale (AI) dhe informatika me performancë të lartë (HPC), me menaxhimin termik gradualisht duke u bërë pengesa thelbësore që ndikon në faktin nëse dizajni dhe proceset e çipave mund të shpërthejnë.Ndërsa arkitekturat e përparuara të paketimit të tilla si stacking 3D dhe integrimi 2.5D vazhdojnë të shtyjnë dendësinë e çipit dhe konsumin e energjisë, substratet tradicionale të qeramikës nuk mund të plotësojnë më kërkesat e fluksit termik.TSMC, udhëheqësi në shkritoren e Wafer, po i përgjigjet kësaj sfide me një ndërrim të guximshëm të materialit-duke futur substratet me një kristal të silikonit 12-inç me 12 inç (SIC), ndërsa dalin gradualisht nga biznesi Gallium Nitride (GAN).Kjo veprim jo vetëm që nënkupton rikalibrimin e TSMC të strategjisë së tij materiale, por gjithashtu nënvizon se menaxhimi termik ka kaluar nga një "teknologji ndihmëse" në një "avantazh konkurrues" kyç.
Silicon Carbide është i njohur për gjysmëpërçuesit e tij të gjerë bandgap, të përdorura tradicionalisht në pajisjet elektronike me efikasitet të lartë, siç janë invertorët e automjeteve elektrike, kontrollet motorike industriale dhe infrastruktura e re e energjisë.Sidoqoftë, potenciali i SIC shkon përtej këtyre aplikacioneve, pasi përçueshmëria e tij e shkëlqyer termike prej rreth 500W/MK është shumë më e lartë se substratet e zakonshme qeramike si oksidi i aluminit (Al2O3) ose safiri.
Me përshpejtuesit e AI, procesorët e qendrave të të dhënave dhe syzet e zgjuara të AR gjithnjë e më shumë duke u vendosur, çështja e hapësirës termike të kufizuar po bëhet më e rëndë.Kjo është veçanërisht problematike në pajisjet e veshshme ku përbërësit e mikrochip vendosen afër syve, dhe kontrolli i pahijshëm termik mund të ndikojë në sigurinë dhe stabilitetin.TSMC, duke shfrytëzuar përvojën e saj të gjatë në proceset e meshës 12-inç, po bën presion të zëvendësojë substratet tradicionale të qeramikës me një sic me madhësi të madhe me madhësi të madhe, duke lejuar që materialet e reja të futen në linjat ekzistuese të prodhimit pa rindërtuar sistemin e prodhimit, duke ruajtur avantazhet e rendimentit dhe kostos.
Megjithëse substratet SIC të përdorura për menaxhimin termik nuk kanë nevojë për të përmbushur standardet e rrepta të defektit elektrik të kërkuar për përbërësit e energjisë, integriteti kristal mbetet thelbësor.Shumë faktorë të jashtëm mund të ndërhyjnë në përcjelljen e fononit, duke zvogëluar përçueshmërinë termike dhe duke shkaktuar potencialisht mbinxehje të lokalizuar, e cila ndikon në forcën mekanike dhe rrafshimin e sipërfaqes.Për wafers me madhësi të madhe 12-inç, prishja dhe deformimi janë çështje kritike, pasi ato ndikojnë drejtpërdrejt në lidhjen e çipave dhe rendimentin e përparuar të paketimit.Prandaj, përqendrimi i industrisë është zhvendosur nga "eliminimi i defekteve elektrike" në "sigurimin e densitetit të madh të pjesës më të madhe, porozitetit të ulët dhe rrafshimit të lartë të sipërfaqes", kushtet që shihen si parakushte për prodhimin e masës me prodhim të lartë të substrateve të menaxhimit termik SIC.
Raportet tregojnë se SIC, me përçueshmërinë e tij të lartë termike, forcën mekanike dhe rezistencën e shokut termik, tregon avantazhe unike në arkitekturat e paketimit 2.5D dhe 3D.Në integrimin 2.5D, patate të skuqura janë rregulluar krah për krah në shtresa silikoni ose organike të ndërmjetme, me lidhje të shkurtër dhe efikase të sinjalit.Sfida e menaxhimit termik qëndron kryesisht në drejtimin horizontal.Në integrimin 3D, patate të skuqura janë grumbulluar vertikalisht përmes VIA silikonit (TSV) ose lidhjes hibride, me densitet të lidhjes jashtëzakonisht të lartë, por presioni termik rritet në mënyrë korresponduese.Prandaj, SIC jo vetëm që shërben si një material termik pasiv, por gjithashtu mund të kombinohet me zgjidhje të përparuara të ftohjes siç janë diamanti ose metale të lëngshme për të formuar një zgjidhje "ftohjeje hibride".
Më parë, TSMC njoftoi se gradualisht do të dilte nga biznesi GAN deri në vitin 2027 dhe do të ridrejtonte burimet në fushën e SIC.Kjo veprim pasqyron rivlerësimin e kompanisë për tregun e saj dhe strategjitë materiale.Krahasuar me avantazhet e GAN në aplikimet me frekuencë të lartë, menaxhimi dhe shkallëzueshmëria gjithëpërfshirëse e SIC dhe shkallëzueshmëria përputhen më mirë me planet afatgjata të TSMC.Zhvendosja në mesha me madhësi të madhe 12-inç jo vetëm që mund të zvogëlojë kostot e njësive, por edhe të përmirësojë uniformitetin e procesit.Megjithëse SIC ende përballet me sfida në prerjen, lustrimin dhe rrafshimin, pajisjet ekzistuese të TSMC dhe aftësitë e procesit të paketimit i japin asaj potencialin për të kapërcyer këto pengesa dhe për të përshpejtuar prodhimin në masë.
Në të kaluarën, SIC ishte pothuajse sinonim i përbërësve të energjisë për automjetet elektrike.Sidoqoftë, TSMC po e shtyn SIC në aplikime të reja, të tilla si përdorimi i SIC-it të përcjelljes së N-tipit si substrate të menaxhimit termik në përpunuesit e performancës së lartë dhe përshpejtuesit e AI, ose SIC gjysmë izoluese si një interposer për të siguruar izolim elektrik dhe zgjidhje të përcjelljes termike në ndarjen e çipave dhe chiplet.Këto shtigje të reja nënkuptojnë se SIC nuk është më thjesht "sinonim i elektronikës së energjisë", por po bëhet materiali themelor për menaxhimin termik në AI dhe çipat e qendrës së të dhënave.
Në fushën e materialeve të nivelit të lartë, diamanti dhe grafeni kanë përçueshmëri termike jashtëzakonisht të lartë (diamanti mund të arrijë në 1.000-2,200W/MK, dhe grafeni monolayer mund të tejkalojë 3,000-5,000w/mk).Sidoqoftë, vështirësitë e tyre të kostove të larta dhe të shkallës së prodhimit i pengojnë ata të bëhen rrjedhë kryesore.Alternativa si metale të lëngshme, xhel përcjellës dhe ftohje mikrofluidike kanë potencial, por edhe përballen me sfida në integrimin dhe kostot e prodhimit në masë.Në krahasim, SIC ofron kompromisin më praktik, duke kombinuar performancën, forcën mekanike dhe prodhueshmërinë.
Prandaj, ekspertiza e thellë e TSMC në prodhimin e meshës 12-inç e veçon atë nga konkurrentët e tjerë.Ai jo vetëm që përshpejton ndërtimin e platformës SIC me themelin e saj ekzistues, por gjithashtu përdor proceset e tij shumë të kontrolluara për të përkthyer shpejt avantazhet e materialit në zgjidhje termike të nivelit të sistemit.Ndërkohë, shtytja e Intel për shpërndarjen e energjisë së pasme (shpërndarja e energjisë së pasme) dhe bashkë-projektimi me fuqi termike tregon se kompanitë kryesore globale tashmë e kanë bërë menaxhimin termik një forcë thelbësore konkurruese.