散热的目标很简单,就是将电子设备或任何产生热量的系统的废热,有效率地传递出去,以维持系统在安全且高效运作的温度范围内。
然而,散热的实作却很不简单,不仅因它涉及材料、流体力学与结构科学的考量,更需要迎合装置设计来因地制宜,是个极端仰赖客制化与深度技术才能实现最高效能的技术。
AI晶片发热量激增 散热成性能稳定关键
特别是目前AI时代的高性能运算应用,一颗运算加速用的GPU的功耗就高达近700瓦特 (Watt),而一部高阶AI伺服器可能就要使用8个、甚至十多个以上的GPU,其所产生的热能将十分惊人。
「从早期的CPU,到现在的NVIDIA的AI晶片,晶片的发热量从7~800瓦,到现在1000、甚至1200瓦。」高柏科技资深专案经理濮乐礼指出。
也因此,随着晶片的运算效能快速提升,如何有效地将这些热量从晶片和伺服器中排出,成为维持电子系统效能与寿命的关键挑战。而根据科学研究的结果,半导体元件的电子会在高?下运动加剧,更容易撞击晶格,导致原子迁移,改变电路特性。所以散热技术在AI时代的重要性也与日俱增。
「你一定要把这个热散掉,让系统的运作保持良好,能够达到预期的效能目标,所以散热的材料,散热的架构就变得越来越重要。」濮乐礼强调。
导热与散热双管齐下 确保元件运行效能
高柏科技特别指出,导热和散热是两个不同的概念。导热是将热源从元件内部导出,而散热则是将热从散热装置散发到外部环境,所以有效的散热解决方案必须同时具备优异的导热材料和高效的散热设计,才能确保晶片在适当的温度下运作。
「怎麽把热带走,从导热到散热,这是两个不同的概念」;把热散到外界,让晶片能够正常的运作,能够在适当的环境下做最好的运转效率,所以我们才会说现在的电子工业离不开散热导热的设计和材料」濮乐礼解释。
也因此一般的电子装置在出厂时都会进行可靠度测试,明确的指出其正常运行的条件,而在这些条件下的预期使用期限,特别是温度与功耗条件,并列出可能发生的故障项目。故优异的散热设计便是提高装置使用寿命与稳定性的关键所在。
「就像人在发烧时,你一定要让它把热解掉,身体才会舒服;晶片与元件也是一样的道理。」
一站式服务 以客制化方案满足多元需求
而为了提供客户最隹的散热解决方案,同时满足多样化的装置设计需求,高柏科技也提供一站式(Total Solution)的服务,从基本的导热矽胶片、导热膏,到先进的均温片、水冷板,乃至於最新的金属散热材料,高柏科技皆能够根据客户的具体应用场景和解决热源的需求,提供最适合的散热解决方案。
「我们会看客户的问题在哪里,提供不同的解决方案去对应。」濮乐礼表示。
高柏科技的服务不仅止於产品销售,更包含研发团队的专业谘询与共同设计。特别成立了专门的「散热模组」部门,致力於设计生产包括散热鳍片(heat sink)、散热片(heat spreader)和热管(heat pipe)等关键散热元件。而透过这些精密设计打造的散热方案,将更有效地把电子元件产生的热能导出。
高柏透露,未来高柏科技将会重点投入「新材料的热界面材料 (TIM - Thermal Interface Material)开发及散热模组设计开发」的研发,进一步提升热传导与散热效率,并扩大产品的应用范畴。
创新材料解决方案:CMC AlSiC铝基碳化矽散热片
为应对高性能晶片与高功率元件的散热挑战,高柏科技近期已成功开发出自有专利制程的散热片方案━「CMC AlSiC散热片」。该方案采铝基碳化矽陶瓷复合材料,是一种利用特殊材料的散热特性所开发的产品,其透过将碳化矽(SiC)烧结成基材,再将液态铝均匀地灌注到基材中的孔隙中。

图2 : 高柏科技专利制程的散热片方案━「CMC AlSiC散热片」,是一种利用特殊材料的散热特性所开发的产品, |
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濮乐礼强调,其独特的技术优势在於能够精准控制铝的灌注过程,确保铝液能够均匀渗透到碳化矽基材的微小孔隙中。相较之下,他厂商在制程上可能面临铝液渗透不均匀的问题,导致材料的机械性质和导热性能大打折扣。
「我们的强项,就是我们在灌铝汤的时候,里面的孔隙就是比较均匀。」濮乐礼说到。
也由於在铝矽碳材料制程上的独特技术,使其产品在散热效能和稳定性上更胜一筹,并藉此赢得国际创新奖殊荣。
透过这项独家技术,高柏的「CMC AlSiC散热片」展现出极隹的散热特性,其导热系数(K值)表现优异,能接近纯铝的效能(约380 W/mK);更重要的,作为陶瓷基复合材料,它能够制成极薄的尺寸(如0.1毫米),且仍能保持优异的刚性,不易翘曲变形。相较之下,虽然纯铝拥有良好的导热性,但制成薄型化产品时容易失去结构稳定性。
此外,「CMC AlSiC散热片」与矽晶体间距更为接近,在与矽基元件结合使用时,较不易产生剥离(peeling)现象,进一步提升了产品的可靠性。
基於良好的导热系数、刚性强、不易变形,与矽晶体间距相近等特性,让「CMC AlSiC散热片」非常适用於电子元件封装和功率半导体(如IGBT)底板的散热使用。
扩大市场布局 持续深耕技术创新
展??未来,高柏科技将持续扩大市场布局,并加强技术创新。除了现有的越南厂区,以满足不断增长的市场需求。
在产品研发方面,高柏科技将持续投入金属散热材料、液态金属等前瞻技术的开发,并强化散热模组的设计与生产能力,为客户提供更全面、更高效的散热解决方案。
「我们希??把市场做大,把产品做好,并为客户提供全方位的一站式解决方案,人家自然而然就会对你有信心!」濮乐礼自信的总结。