全球人工智能竞赛正推动芯片性能向极限迈进，随之而来的散热问题已成为制约算力提升的最大障碍。
据外媒消息报道，英伟达在Rubin处理器的开发蓝图中，计划将CoWoS先进封装中的中间基板材料由硅替换为碳化硅（SiC）。台积电目前已邀请各大厂商共同研发碳化硅中间基板的制造技术，预计最晚2027年，碳化硅将正式进入先进封装领域。
为何需要新材料？
当前AI芯片性能的提升已经遭遇了物理限制。英伟达从H100到B200的GPU均采用CoWoS封装技术，通过将多个芯片高密度堆叠集成在一个封装内，显著提升了芯片系统性能和能效。
但随着GPU功率增大，将众多芯片集成到硅中介层产生了极高的散热需求。芯片内产生的热量已经接近极限，传统硅材料的中介层无法有效应对这种挑战。
碳化硅是一种宽禁带半导体，其独特的物理特性使其在应对高功率、高热流密度的极端工作环境时，展现出对传统硅材料的代际优势。
碳化硅的两大优势
SiC在GPU先进封装中具备两大核心应用优势。其一是散热能力，千瓦级GPU的性能释放直接受限于散热效率。若将SiC用作封装中的散热基板或高导热中介层（Interposer），其超高热导率能直接、快速地将GPU核心产生的巨大热量导出，显著降低芯片结温。理论计算表明，在一个典型的2.5D封装中，用SiC中介层替代硅中介层，热阻可降低近70%，带来数度到十几摄氏度的峰值温度下降，有效防止芯片因过热降频，保证算力稳定输出。
其二是高效的供电架构，为GPU供电的电压调节模块（VRM）对效率和体积要求极为苛刻。基于SiC的功率器件凭借其低损耗和高开关频率特性，能够打造出效率更高、体积更小的VRM。这使得将整个供电模块集成在GPU封装基板上的“近芯片供电”成为可能，极大缩短供电路径，降低线路损耗，为AI计算负载提供更快、更稳的动态电流响应。
实际应用中的挑战与技术瓶颈
尽管碳化硅前景广阔，但在实施过程中仍面临诸多挑战。
切割技术难题首当其冲。碳化硅硬度和钻石相当，如果切割技术不佳，表面会呈波浪状，无法用于先进封装。业界人士分析，传统碳化硅产业在意的结构瑕疵对制造中介层时影响并不大，但关键在切割技术。
日本DISCO等切割设备大厂正在研发新一代雷射切割机台，以应对这一挑战。
晶圆尺寸限制也是重要障碍。由于目前碳化硅制造商多半只能制造6寸和8寸的碳化硅晶圆，因此需要投资制造更大的单晶碳化硅晶圆产线。
台积电正号召设备厂与化合物半导体相关厂商参与，计划将12英寸单晶碳化硅应用于散热载板。
成本与制造工艺的挑战也不容忽视。用绝缘的单晶碳化硅制造硅中介层，导热效果最好，但必须要和现有的硅晶圆一样大。此外，碳化硅中介层的制造工艺需要重新开发和优化，与现有的硅基制造流程存在显著差异。
产业链响应
3D IC封装的碳化硅应用有两个可能方向：首先是散热载板，将优先测试“导电型碳化硅”；下一阶段则可能在硅中介层导入半绝缘型碳化硅。
碳化硅的应用可能会因不同的封装技术而有所不同，未来可能会有多条发展路线。目前也有尝试将碳化硅应用在PCB上的方向，但最明确的应用仍与AI相关。
英伟达第一代Rubin GPU仍会采用硅中间基板。但由于英伟达对性能进步的要求极高，当芯片内产生的热超过极限，就必须采用碳化硅。
