本文來源：Bioengineer

隨著AI大模型、高性能計算（HPC）對算力的需求呈指數級增長，半導體行業早已告別單純依賴晶體管縮放的“摩爾定律”老路。3D堆疊IC技術憑借垂直集成、高密度互連的優勢，成為突破性能天花板的核心方向，但隨之而來的“散熱難題”，正成為制約其商業化落地的最大攔路虎。

為什么3D堆疊IC，偏偏怕“熱”？

3D堆疊IC就像把多片芯片“疊羅漢”，通過垂直方向的互連實現數據高速傳輸，大幅提升芯片性能和集成度。但這種緊湊結構，直接放大了熱管理的難度：

高功率密度“聚熱”：多層芯片疊加讓單位面積功率密度暴增，熱量難以橫向擴散，容易形成“熱點”；

材料與界面“擋熱”：層間絕緣介質的導熱性極差，再加上芯片與封裝之間的復雜界面，會嚴重阻礙熱傳輸；

散熱路徑“受限”：3D架構壓縮了傳統散熱空間，常規散熱方案（如散熱片、熱管）難以適配，熱量積聚會直接導致芯片性能下降、壽命縮短，甚至引發故障。

對于AI芯片、超算核心這類高負載場景，熱管理能力直接決定了3D堆疊IC的性能上限——解決不了散熱，再先進的堆疊技術也無法發揮價值。

三大核心方向，破解3D堆疊IC散熱困局

行業正從材料、界面、表征三大維度發力，打造適配3D堆疊架構的先進熱管理方案：

1.新型熱管理材料：既要“導熱快”，也要“好集成”

理想的熱管理材料必須兼顧兩大核心需求：一方面要具備超高導熱性，能快速疏導熱量；另一方面要適配半導體制造工藝，滿足兼容性、可擴展性和經濟性。目前研究聚焦于納米復合材料、高導熱界面材料等，既要突破傳統材料的導熱極限，又要避免影響芯片的電氣性能和可靠性。

2.界面工程優化：打通熱傳輸“最后一公里”

芯片層間、芯片與封裝之間的界面，是熱傳輸的主要阻力來源。通過界面改性、新型粘結材料研發、微結構優化等方式，可減少界面熱阻，讓熱量在不同層級間順暢傳遞，這也是提升3D堆疊IC散熱效率的關鍵抓手。

3.先進熱表征技術：讓“熱”看得見、可量化

要優化熱管理方案，首先得精準掌握熱量分布和傳輸規律。當前行業亟需無損在線計量技術，能在芯片制造和運行過程中，實時評估導熱性能、界面質量和熱點分布，為材料選擇、結構設計提供數據支撐，避免“盲目優化”。

行業“新信號”：液冷從“可選”變“剛需”

解決3D堆疊IC的熱管理難題，并非單一技術能實現，還需要構建完善的支撐體系：

制定清晰研發路線圖：涵蓋材料生長、集成工藝、表征方法等全鏈條，明確技術攻關優先級；

推動產學研協作：整合高校、科研機構的基礎研究能力與企業的工程化經驗，加速技術落地；

借鑒與創新結合：吸收前代半導體熱管理的成熟經驗，同時借助納米技術等新手段，探索顛覆性解決方案。結語：熱管理突破，開啟高性能半導體新紀元

3D堆疊IC是AI、超算、高端存儲等領域的核心技術支撐，而熱管理技術的成熟，正是其從實驗室走向規模化應用的“臨門一腳”。隨著新型材料、界面工程和表征技術的持續突破，3D堆疊IC的散熱瓶頸將逐步破解，為下一代算力革命提供堅實基礎。

未來，當“疊得更高”的芯片不再被“熱”所困，我們或許能看到更小巧、更強大的AI終端、超算集群，甚至解鎖更多此前難以想象的技術場景。

標簽： 芯片元器件 點擊： 評論: