01.台積電最近液冷研究：晶片無TIM液冷方案

台積電在2026年IEEE ECTC頂會上發佈的重磅技術論文。當下AI、高性能計算晶片的功耗密度越來越誇張，傳統散熱方案裡的TIM導熱介面材料，已經成了卡住晶片性能釋放的最大短板。針對這個行業痛點，台積電完成了一次關鍵技術突破：成功把

微柱式直矽液冷技術，落地整合到3.3X超大尺寸的CoWoS-R先進封裝平台上。簡單來說，就是把實驗室的概念方案，做成了可量產、可落地的成熟工藝，同時配齊了整套製程、密封方案、性能測試和可靠性驗證。

整體研究可以拆解為四大核心落地動作：

1、打造全新晶片級散熱工藝：徹底摒棄行業沿用多年的“晶片蓋板+TIM導熱材料”散熱結構。台積電直接在SoC晶片背面刻出矽微柱陣列，相當於把晶片本身改成了散熱鰭片，讓冷卻液可以直接接觸晶片矽片，從根源上砍掉多層介面熱阻。同時還專門研發了配套清洗工藝，解決微柱結構容易殘留雜質的問題，既保證散熱效果統一，也兼顧了生產良率。

2、適配現有CoWoS量產產線，落地性可能性強：台積電最終選擇CoWoS-R平台落地這項技術，核心原因是它工藝相容性更好、抗翹曲能力更強、可靠性容錯空間更大。整套微柱加工工藝可以直接融入現有CoWoS量產流程，不需要大規模改造產線，具備快速規模化量產的條件。同時自研了新型密封膠材料，能適配大尺寸封裝的形變、熱脹冷縮問題，完美解決了直矽液冷最頭疼的漏液隱患。

3、完成嚴苛的氣密性與散熱性能實測：搭建了超高精度氦檢測試系統，檢測精度達到10⁻¹⁰ Pa·m³/s，能捕捉到極其細微的洩漏隱患，也借此建立了先進封裝液冷的行業洩漏標準。測試全程採用40℃去離子水作為冷卻介質，模擬真實資料中心工況，完成了多流量、多場景的極限散熱測試，拿到了完整、可落地的熱性能資料。

4、全方位驗證長期運行可靠性：整套封裝方案通過了MSL4分級預處理、高低溫循環、高溫高濕、浸水老化等一系列嚴苛測試。最終結果顯示，密封結構沒有分層、洩漏性能沒有衰減，完全能滿足AI伺服器7×24小時長期不間斷運行的需求。

02.核心實測關鍵資料（真實技術突破）

1、極限散熱能力大幅躍升：3.3X規格的CoWoS-R測試基板，穩定散熱能力突破5000W，1.6X掩範本SoC晶片功率密度達到3.7W/mm²，性能碾壓所有傳統蓋板式液冷方案；

2、打破傳統散熱瓶頸：常規帶蓋板液冷極限散熱只有1.9–2.3kW，去掉蓋板的裸片液冷最高也僅3kW，而台積電這套微柱直矽液冷，在8LPM流量下能做到5.3kW，有效解決了傳統液冷散熱性能觸頂的問題；

3、密封安全性能優質：封裝氦洩漏率穩定在10⁻⁷~10⁻⁸ Pa·m³/s，遠優於行業臨界洩漏標準，完全杜絕裝置長期運行中的微漏、水汽蒸發滲漏風險；

4、量產良率有保障：全新自研的載板防護塗層，把工藝附著力從嚴重剝落提升至5B無剝落等級，製程穩定性大幅提升，完全滿足規模化量產的要求。

03.論文核心觀點（台積電的核心技術判斷）

傳統散熱已經摸到天花板，TIM材料是最大瓶頸：近兩年AI機櫃功率密度幾乎翻倍，按照行業趨勢，2027年單機櫃功率將突破30kW。傳統的晶片蓋板+TIM導熱材料組合，存在多層熱阻，是結構性的散熱短板。那怕不斷加大冷板流量、最佳化機房散熱環境，也沒法突破晶片介面的熱阻限制，最終導致高端晶片性能無法完全釋放。

去掉TIM、冷卻液直觸矽片，是未來AI散熱的必走之路：對比市面上的傳統冷板、微通道蓋板、裸片散熱方案，微柱直矽液冷的優勢極其明顯。通過改造晶片本體結構，徹底消除介面熱阻，流量越大散熱增益越高，不會出現傳統方案性能飽和的問題，也是目前唯一能適配超高功率CoWoS先進封裝的最優散熱方案。

CoWoS-R是現階段直矽液冷量產的最優載體：對比其他CoWoS架構，CoWoS-R的有機中介層可以有效緩衝矽片和基板的熱膨脹應力，抗翹曲性能更好，工藝更簡單，量產良率風險更低。非常適合大規模落地直矽液冷工藝，能快速從實驗室驗證迭代為商用量產技術。

密封可靠性，是直矽液冷能否商用的核心門檻：對於直矽液冷技術來說，散熱性能不難實現，最難的是長期穩定不漏液。大尺寸先進封裝工作時容易形變、熱脹冷縮明顯，極易引發漏液失效。台積電自研的耐形變密封膠+高精度氦檢體系，剛好解決了這個核心痛點，也是這套技術和普通液冷方案最大的壁壘差距。 (零氪1+1)

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