散熱的目標很簡單,就是將電子設備或任何產生熱量的系統的廢熱,有效率地傳遞出去,以維持系統在安全且高效運作的溫度範圍內。
然而,散熱的實作卻很不簡單,不僅因它涉及材料、流體力學與結構科學的考量,更需要迎合裝置設計來因地制宜,是個極端仰賴客製化與深度技術才能實現最高效能的技術。
AI晶片發熱量激增 散熱成性能穩定關鍵
特別是目前AI時代的高性能運算應用,一顆運算加速用的GPU的功耗就高達近700瓦特 (Watt),而一部高階AI伺服器可能就要使用8個、甚至十多個以上的GPU,其所產生的熱能將十分驚人。
「從早期的CPU,到現在的NVIDIA的AI晶片,晶片的發熱量從7~800瓦,到現在1000、甚至1200瓦。」高柏科技資深專案經理濮樂禮指出。
也因此,隨著晶片的運算效能快速提升,如何有效地將這些熱量從晶片和伺服器中排出,成為維持電子系統效能與壽命的關鍵挑戰。而根據科學研究的結果,半導體元件的電子會在高溫下運動加劇,更容易撞擊晶格,導致原子遷移,改變電路特性。所以散熱技術在AI時代的重要性也與日俱增。
「你一定要把這個熱散掉,讓系統的運作保持良好,能夠達到預期的效能目標,所以散熱的材料,散熱的架構就變得越來越重要。」濮樂禮強調。
導熱與散熱雙管齊下 確保元件運行效能
高柏科技特別指出,導熱和散熱是兩個不同的概念。導熱是將熱源從元件內部導出,而散熱則是將熱從散熱裝置散發到外部環境,所以有效的散熱解決方案必須同時具備優異的導熱材料和高效的散熱設計,才能確保晶片在適當的溫度下運作。
「怎麼把熱帶走,從導熱到散熱,這是兩個不同的概念」;把熱散到外界,讓晶片能夠正常的運作,能夠在適當的環境下做最好的運轉效率,所以我們才會說現在的電子工業離不開散熱導熱的設計和材料」濮樂禮解釋。
也因此一般的電子裝置在出廠時都會進行可靠度測試,明確的指出其正常運行的條件,而在這些條件下的預期使用期限,特別是溫度與功耗條件,並列出可能發生的故障項目。故優異的散熱設計便是提高裝置使用壽命與穩定性的關鍵所在。
「就像人在發燒時,你一定要讓它把熱解掉,身體才會舒服;晶片與元件也是一樣的道理。」
一站式服務 以客製化方案滿足多元需求
而為了提供客戶最佳的散熱解決方案,同時滿足多樣化的裝置設計需求,高柏科技也提供一站式(Total Solution)的服務,從基本的導熱矽膠片、導熱膏,到先進的均溫片、水冷板,乃至於最新的金屬散熱材料,高柏科技皆能夠根據客戶的具體應用場景和解決熱源的需求,提供最適合的散熱解決方案。
「我們會看客戶的問題在哪裡,提供不同的解決方案去對應。」濮樂禮表示。
高柏科技的服務不僅止於產品銷售,更包含研發團隊的專業諮詢與共同設計。特別成立了專門的「散熱模組」部門,致力於設計生產包括散熱鰭片(heat sink)、散熱片(heat spreader)和熱管(heat pipe)等關鍵散熱元件。而透過這些精密設計打造的散熱方案,將更有效地把電子元件產生的熱能導出。
高柏透露,未來高柏科技將會重點投入「新材料的熱界面材料 (TIM - Thermal Interface Material)開發及散熱模組設計開發」的研發,進一步提升熱傳導與散熱效率,並擴大產品的應用範疇。
創新材料解決方案:CMC AlSiC鋁基碳化矽散熱片
為應對高性能晶片與高功率元件的散熱挑戰,高柏科技近期已成功開發出自有專利製程的散熱片方案-「CMC AlSiC散熱片」。該方案採鋁基碳化矽陶瓷複合材料,是一種利用特殊材料的散熱特性所開發的產品,其透過將碳化矽(SiC)燒結成基材,再將液態鋁均勻地灌注到基材中的孔隙中。

圖2 : 高柏科技專利製程的散熱片方案-「CMC AlSiC散熱片」,是一種利用特殊材料的散熱特性所開發的產品, |
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濮樂禮強調,其獨特的技術優勢在於能夠精準控制鋁的灌注過程,確保鋁液能夠均勻滲透到碳化矽基材的微小孔隙中。相較之下,他廠商在製程上可能面臨鋁液滲透不均勻的問題,導致材料的機械性質和導熱性能大打折扣。
「我們的強項,就是我們在灌鋁湯的時候,裡面的孔隙就是比較均勻。」濮樂禮說到。
也由於在鋁矽碳材料製程上的獨特技術,使其產品在散熱效能和穩定性上更勝一籌,並藉此贏得國際創新獎殊榮。
透過這項獨家技術,高柏的「CMC AlSiC散熱片」展現出極佳的散熱特性,其導熱係數(K值)表現優異,能接近純鋁的效能(約380 W/m·K);更重要的,作為陶瓷基複合材料,它能夠製成極薄的尺寸(如0.1毫米),且仍能保持優異的剛性,不易翹曲變形。相較之下,雖然純鋁擁有良好的導熱性,但製成薄型化產品時容易失去結構穩定性。
此外,「CMC AlSiC散熱片」與矽晶體間距更為接近,在與矽基元件結合使用時,較不易產生剝離(peeling)現象,進一步提升了產品的可靠性。
基於良好的導熱係數、剛性強、不易變形,與矽晶體間距相近等特性,讓「CMC AlSiC散熱片」非常適用於電子元件封裝和功率半導體(如IGBT)底板的散熱使用。
擴大市場佈局 持續深耕技術創新
展望未來,高柏科技將持續擴大市場佈局,並加強技術創新。除了現有的越南廠區,以滿足不斷增長的市場需求。
在產品研發方面,高柏科技將持續投入金屬散熱材料、液態金屬等前瞻技術的開發,並強化散熱模組的設計與生產能力,為客戶提供更全面、更高效的散熱解決方案。
「我們希望把市場做大,把產品做好,並為客戶提供全方位的一站式解決方案,人家自然而然就會對你有信心!」濮樂禮自信的總結。