Wolfspeed 300 mm 碳化硅技術：下一代 AI 與高性能計算先進封裝的材料基礎

作者：Elif Balkas，Wolfspeed 首席技術官

人工智能 (AI) 工作負載的快速增加，正在從根本上重塑數據中心的架構，推動封裝尺寸、功率密度和集成復雜度達到前所未有的水平。在持續的高工作負載條件下，傳統封裝材料受到其熱學、機械和電氣性能極限的制約。本文探討了 Wolfspeed 的 300 mm 碳化硅 (SiC) 技術平臺如何為下一代人工智能 (AI) 和高性能計算 (HPC) 異構封裝架構提供可規模化的材料基礎，從而在熱管理、機械完整性和電氣集成方面實現新的突破，并與行業制造基礎設施對齊。

1. 人工智能 (AI) 與高性能計算 (HPC) 的封裝挑戰

人工智能 (AI) 與高性能計算 (HPC) 的集成發展路線要求封裝解決方案的尺寸增大至三倍，集成更多樣化的功能，并支持高達五倍的功率耗散。這些趨勢正將現有封裝架構推向可用材料的極限，導致熱梯度、機械可靠性風險以及功率傳輸效率低下等問題，而這些問題使用傳統的硅或有機基板難以解決。

2. 為什么碳化硅是答案

單晶碳化硅獨特地結合了其他任何可規模化半導體基板所不具備的材料特性：

熱性能：熱導率為 370 – 490 W/m·K，是硅的三倍，可實現優異的橫向和縱向熱擴散。

機械穩健性：高硬度、高強度和高熱穩定性支持大面積多芯片芯粒 (chiplet) 組裝和高帶寬內存 (HBM) 堆疊。

電氣性能：高電阻率和介電強度可實現更高的布線密度、低損耗信號傳輸，并簡化功率傳輸和隔離結構的集成。

這些特性的融合使得在單個可擴展封裝材料平臺內，能夠在熱學、機械和電氣領域實現性能的協同提升。

3. 為什么 300 mm 至關重要

向 300 mm 碳化硅晶圓尺寸的轉型，使先進封裝材料與前沿的半導體制造和晶圓級封裝工藝保持一致，并充分利用了現有的行業工具和基礎設施。這不僅實現了可重復、大規模生產的可制造性，同時也支持成本優化和生態系統兼容性。

此外，300 mm 平臺使得制造更大的中介層和熱擴散組件成為可能，從而支持行業向日益增大的封裝尺寸和更復雜的異構集成方向發展。

4. 先進封裝創新的更大價值

Wolfspeed 的碳化硅平臺在封裝堆疊的多個層面都創造了價值：

碳化硅熱擴散組件能夠實現多向熱傳導，增加有效冷卻面積并緩解局部熱點。

碳化硅基中介層增強了橫向和縱向熱擴散，解決了人工智能 (AI) 持續工作負載下的散熱瓶頸問題。

新興的異構集成趨勢進一步放大了碳化硅在系統層面的影響：

直接芯片（Direct-to-chip, D2C）液體冷卻：允許設計工程化的表面結構，以改善芯片到冷卻劑的熱傳遞。

封裝內功率傳輸（In-package power delivery, IPPD）：支持集成功率傳輸和隔離結構，縮短功率傳輸路徑并改善電壓調節。

5. 展望未來

隨著行業朝更高功率計算解決方案邁進，Wolfspeed 300 mm 碳化硅平臺為下一代人工智能 (AI) 和高性能計算 (HPC) 系統提供了可靠的基礎。通過與正在合作的伙伴評估計劃，Wolfspeed 與生態系統合作伙伴及研究機構緊密協作，共同評估技術可行性、性能優勢、可靠性以及集成路徑。這種協作方式旨在加速學習進程，降低采用風險，并幫助行業為未來人工智能 (AI) 工作負載所需的碳化硅-硅混合封裝架構做好準備。

關于 Wolfspeed, Inc.

Wolfspeed（美國紐約證券交易所上市代碼：WOLF）在全球范圍內推動碳化硅技術采用方面處于市場領先地位，這些碳化硅技術為全球最具顛覆性的創新成果提供了動力支持。作為碳化硅領域的引領者和全球最先進半導體技術的創新者，我們致力于為人人享有的美好世界賦能。Wolfspeed 通過面向各種應用的碳化硅材料、功率模塊、分立功率器件和功率裸芯片產品，助您實現夢想，成就非凡 (The Power to Make It Real)。