Application
先進放熱技術応用
近年、人工知能の急速な発展により、より高い演算性能を持つハイエンドAIチップが必要とする消費電力は上昇の一途を辿り、単位面積あたりの発熱がチップ性能向上の最大のボトルネックとなっている。熱管理需要に対し、業界は各種技術の開発を積極的に進めている。
材料置換の面では、NVIDIAは将来のRubinプロセッサで先進パッケージングのインターポーザに炭化ケイ素（SiC）を採用する計画である。第1世代Rubinは引き続きシリコンをインターポーザに使用する見込みである。純単結晶シリコンの熱伝導率は約141 W/(m·K)であるのに対し、単結晶SiCは約400〜490 W/(m·K)と大幅に高い。
もう一つの最近の革新が、マイクロ流路冷却（Microfluidics）である。チップ構造に直接加工した数十〜数百マイクロメートルの溝に冷却液を流し込み、葉脈や蝶の翅脈を模した流路設計により放熱効率を高める。したがって、SiCインターポーザとマイクロ流路を組み合わせた複合方式は、高消費電力チップの放熱における重要なアプローチとなる。
従来パッケージの放熱
SiC導入によるパッケージ放熱の強化
マイクロ流路放熱技術
先進パッケージング向け直接冷却ソリューション
1,000Wを超えるチップ消費電力に対しては既存の冷却システムでは対応が困難となるなか、SiC基板はその卓越した機械強度と耐食性により、能動冷却設計の最良の担体となる。
蓋内マイクロ流路（Intra-lid Microchannel）の活用：
放熱構造を直接Lid（リッド）内部に配置し、パッケージと放熱モジュールを一体化設計することで、放熱経路の短縮により解熱能力を大幅に向上させる。
SiC材料を用いる利点は以下のとおり：
高硬度で超薄壁を支持：
マイクロ流路設計では極めて薄いフィン（Fin）が必要だが、SiCの機械強度は銅をはるかに上回り、変形させずに精密な薄壁構造を支えられる。
耐侵食・耐腐食：
SiCは優れた化学的安定性と耐摩耗性を備え、長期運転下でも流路が著しく摩耗したり電気化学腐食を起こしたりすることを防ぐ。
Intra-lid Microchannel
熱伝導率とCTEの整合：
SiCの熱伝導率は銅に近いがCTEはシリコンチップにより近く、大きな温度サイクル下での流路とチップ間の応力を低減し、故障を回避できる。
ジェット噴流冷却（Jet Impingement）の活用：
ジェット噴流冷却は高速で噴射する冷却液で熱を奪い、高速液体で境界層を突破することで通常の流路に熱が蓄積する影響を解消する。さらにノズルアレイを用い、SoCチップの異なる発熱領域に対し迅速に熱を除去し、ホットスポットでの熱蓄積を防ぐ。
SiC材料の利点は次のとおり：
高圧衝突への耐性：
ジェット冷却は受熱面に継続的な物理衝撃を与えるが、SiCのヤング率は高く、長期噴射でも表面に微小な塑性変形が生じにくい。
優れた横方向熱拡散：
ジェットは点状または線状の衝突であり、SiCは優れた面内熱伝導率を持つため、衝突点周辺の熱を素早く横方向に広げ、ジェット領域の熱交換効率を大幅に向上させる。
