摘要：随着集成电路性能指数级提升，芯片热设计已成为制约系统可靠性、能效比与使用寿命的核心瓶颈。当单芯片功耗突破1000W大关，传统风冷技术正逼近物理极限，一场从封装材料到系统架构的散热革命正在上演。本文聚焦芯片热管理的技术演进路径，解析热界面材料、三维封装热应力、液
随着集成电路性能指数级提升，芯片热设计已成为制约系统可靠性、能效比与使用寿命的核心瓶颈。当单芯片功耗突破1000W大关，传统风冷技术正逼近物理极限，一场从封装材料到系统架构的散热革命正在上演。本文聚焦芯片热管理的技术演进路径，解析热界面材料、三维封装热应力、液冷系统等关键领域的突破性进展，揭示高密度电子封装时代的“热障”突围战。
1.1 功率密度爆炸式增长
现代芯片已演变为高功率密度热源，单位面积热流密度达100W/cm²级别，相当于在指尖面积上持续施加1000W热负荷。以HPC芯片为例，其95%以上的热量需通过垂直路径传导：从硅基活性区经由焊球、封装基板至顶部散热器，形成“热流垂直通道”。
1.2 封装尺寸的双刃剑效应
为分散热负荷，先进封装尺寸持续扩张，从60mm×60mm向100mm×100mm演进。大尺寸封装虽可降低局部热点风险，却带来新的结构挑战：
1.3 热界面材料（TIM）的瓶颈突破
作为连接芯片与散热系统的“热桥”，传统聚合物TIM面临根本性局限：
2.1 金属TIM技术崛起
铟基合金TIM（Indium TIM）正成为高功率芯片标配：
2.2 液冷系统的三级跃迁
当芯片功耗突破800W阈值，液冷技术成为必然选择：
2.3 定向冷却与智能热管理
针对动态热负载（如AI推理峰值功耗），新兴解决方案包括：
随着Chiplet架构与3D集成技术普及，散热系统正向“四维立体热管理”演进：
材料维度：开发本征高热导率封装基板（如金刚石/铜复合材料，热导率＞600W/m·K）结构维度：采用TSV（硅通孔）阵列实现芯片级热旁路，缩短垂直导热路径流体维度：探索电渗泵驱动的无移动部件冷却系统，降低液冷系统功耗智能维度：构建芯片-封装-系统协同的热感知神经网络，实现毫秒级热响应当单芯片集成度突破500亿晶体管，冷却技术已不再是附属工程，而是与电路设计、架构创新并驾齐驱的核心技术。这场静默的“热战”，正悄然重塑半导体产业的技术格局。
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