VLSI Symposium 會議上的公司專家 TSMC 展示了他們將液體冷卻系統直接集成到芯片中的願景。 用於冷卻微電路的類似解決方案可能會在未來得到應用，例如，在數據中心中，通常需要去除數千瓦的熱量。
隨著芯片內部晶體管密度的增長以及結合多層的 3D 佈局的使用，它們有效冷卻的複雜性也隨之增加。 台積電專家認為，未來可能會有很好的解決方案，即冷卻液微通道將集成到芯片本身中。 這在理論上聽起來很有趣，但在實踐中，這個想法的實施需要巨大的工程努力。
台積電的目標是開發一種液體冷卻系統，能夠從一平方毫米的處理器面積上散發 10 瓦的熱量。 因此，對於面積為 500 mm² 及以上的芯片，該公司的目標是去除 2 kW 的熱量。 為了解決這個問題，台積電提供了幾種方法：
- DWC（Direct Water Cooling）：液體冷卻微通道位於晶體本身的上層
- Si Lid with OX TIM：液體冷卻作為帶有微通道的單獨層添加，該層通過 OX（氧化矽熔合）作為熱界面熱界面材料（TIM）連接到主晶體
- 帶有 LMT 的 Si Lid：使用液態金屬代替 OX 層
每種方法都使用特殊的 TTV（Thermal Test Vehicle）銅測試電池進行測試，該測試電池的表面積為 540 mm²，總晶體面積為 780 mm²，配備溫度傳感器。 TTV 安裝在供電的基板上。 迴路中流體的溫度為 25°C。
根據台積電的說法，最有效的方法是直接水冷，即當微通道位於晶體本身時。 使用這種方法，該公司能夠帶走 2,6 kW 的熱量。 溫差為63°C。 在使用 OX TIM 方法的情況下，分配了 2,3 kW，溫度差為 83°C。 在層間使用液態金屬的方法被證明不太有效。 在這種情況下，僅可以去除 1,8 kW 的功率，相差 75°C。
該公司指出，熱阻應盡可能低，但主要障礙正是在這方面。 對於 DWC 方法，一切都取決於矽和液體之間的過渡。 在晶體的單獨層的情況下，增加了一個過渡，最好由 OX 層處理。
為了在矽層中創建微通道，台積電建議使用特殊的金剛石刀具，創建寬度為 200-210 微米、深度為 400 微米的通道。 300 mm 基板上的矽層厚度為 750 μm。 該層應盡可能薄，以促進從下層傳熱。 台積電使用不同類型的小管進行了許多測試：定向和方柱形式，即小管是在兩個垂直方向上製作的。 還與不使用小管的層進行了比較。
從沒有小管的表面消散熱能的生產率不足。 此外，即使增加冷卻劑流量，它也沒有太大改善。 兩個方向的通道（方形柱）提供最佳結果，簡單的微通道去除的熱量顯著減少。 前者比後者的優勢是2倍。
台積電認為，未來對晶體進行直接液體冷卻是很有可能的。 芯片上將不再安裝金屬散熱器，液體將直接通過矽層，直接冷卻晶體。 這種方法將允許從芯片中帶走幾千瓦的熱量。 但此類解決方案要在市場上出現還需要時間。
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