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台積電推 12 吋 SiC 散熱基板 力圖突破熱管理瓶頸

Editorial Team

根據 TrendForce 最新報導,台積電目前正牽頭與設備商與複合半導體合作夥伴,共同探索使用 12 吋單晶矽碳化物(SiC) 作為散熱基板(thermal substrate)的可能性,目標是取代傳統的氧化鋁(alumina)、藍寶石(sapphire)或陶瓷基板。傳統上,SiC 已主要用於功率半導體、車用與儲能等領域;現在則已擴展至 AR 智慧眼鏡鏡片與高階 3D IC 封裝等新領域,在這些應用中散熱需求極高,因此需要高導熱材料來做散熱基板的載體。對於 3D IC 封裝,目前有兩條主要 SiC 採用路徑正浮現:第一條是導電型 SiC,用於測試 thermal substrate 性能;第二條則是半絕緣型 SiC,可能在未來被用作 silicon interposer 層。

SiC 基板應用擴張:從功率與封裝到 3D IC 的散熱革命

台積電推動 12 吋 SiC 基板的嘗試,顯示業界正針對 AI 與高頻運算裝置日益嚴峻的散熱挑戰,尋找新的材料解決方案。SiC 在熱傳導性質上僅次於鑽石,在理論上可提供約 400 W/m·K 或更高的散熱能力,而傳統陶瓷約僅有 200‑230 W/m·K;如此差異意味著在高功率密度,尤其是 3D IC、Co‑Packaged Optics (CPO)、射頻與 AI 伺服器應用中,SiC 的導入可大幅降低熱阻與提升穩定性。

然而,在實務上推行還有不小的技術與成本門檻要克服。首先,12 吋 SiC 單晶片的缺陷率控制與晶片切割(slicing)的平整度是重大挑戰;若切割技術未成熟,表面波紋或微缺陷將嚴重影響與基板或 interposer 的結合與散熱品質。其次,導電型與半絕緣型 SiC 的選擇取決於具體應用場合(如散熱基板 vs interposer vs 光電連接),不同型態的整合方式與加工工藝複雜度與成本亦不相同。若 SiC 基板成為主流材料,將帶動上下游材料與設備供應鏈的調整與升級,也可能對全球 CCL、陶瓷、基板材料市場造成顛覆性衝擊。(原文出處

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