Il colosso taiwanese dei semiconduttori guida un’iniziativa con partner industriali per sviluppare wafer di carburo di silicio (SiC) da 12 pollici come substrati termici ad alta conduttività (fino a 500 W/mK), destinati a packaging 3D avanzato, dispositivi AR e data center AI.
TSMC sta costituendo un consorzio insieme a costruttori di attrezzature e fornitori di semiconduttori compositi per esplorare l’adozione di substrati termici in carburo di silicio monocristallino da 12 pollici con l’obiettivo di sostituire materiali come allumina, zaffiro o ceramiche. Questi substrati, grazie a una conduttività fino a 500 W/mK, offrono prestazioni termiche nettamente superiori a quelle dei materiali tradizionali, che si attestano intorno ai 200–230 W/mK.
La svolta strategica di TSMC
In questo scenario, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), il più grande produttore di chip al mondo, sta riorientando la propria strategia. A fronte di una crescente competizione, in particolare da parte di rivali cinesi, l’azienda sembra aver deciso di ridurre progressivamente i suoi investimenti nella produzione di semiconduttori basati sul nitruro di gallio (GaN), pianificando un’uscita definitiva da questo segmento entro il 2027.
Questa decisione strategica libera risorse e know-how per concentrarsi su altre tecnologie, in particolare sul carburo di silicio. Il SiC è considerato il materiale di punta per le applicazioni ad alta potenza, grazie alle sue eccezionali proprietà fisiche.
Applicazioni emergenti e mercati chiave
I wafer SiC sono già ampiamente utilizzati nei semiconduttori di potenza e nei sistemi automotive ed energetici. TSMC punta ora a nuove frontiere, come le lenti AR intelligenti e il 3D IC packaging, dove il controllo termico rappresenta un fattore critico.
L’azienda sta esplorando due approcci principali: da un lato il SiC conduttivo (N-type), già oggetto di test per i substrati termici; dall’altro il SiC semi-isolante, ritenuto adatto come interposer siliconico in fasi successive. La produzione di wafer da 12 pollici potrebbe abbassare i requisiti legati ai difetti rispetto ai wafer SiC tradizionali, ma il taglio di questo materiale resta una sfida tecnica significativa: errori di lavorazione possono compromettere la planarità e rendere il substrato inutilizzabile per applicazioni avanzate di packaging.
La gestione termica come vantaggio competitivo
Con l’aumento della densità di calore nelle architetture di packaging 2.5D e 3D, la dissipazione efficiente diventa un elemento cruciale. L’interesse per il SiC nasce soprattutto dalla sua conduttività termica molto elevata, compresa tra 400 e 500 W/mK, quasi il doppio rispetto alle ceramiche. Inoltre, questo materiale si distingue per affidabilità e robustezza, risultando più resistente rispetto al diamante, che rimane ancora troppo costoso e complesso da produrre su larga scala. Il SiC risponde quindi perfettamente alla crescente domanda di soluzioni per la dissipazione nei data center e nell’AI computing.
Parallelamente stanno emergendo altre tecnologie di raffreddamento. Tra queste, materiali termici avanzati come il liquid metal, i gel conduttivi o il grafene, che offrono buone prestazioni ma presentano limiti di scalabilità o costi elevati. Un’altra strada è rappresentata dalle reti di raffreddamento microfluidico, promettenti per architetture complesse, ma ancora difficili da implementare su larga scala. In questo contesto, il SiC da 12 pollici si colloca come una soluzione intermedia ideale: avanzata dal punto di vista tecnologico e potenzialmente scalabile.
TSMC nel contesto competitivo
Mentre TSMC esplora questo percorso, altre realtà come Intel si concentrano su tecnologie come il backside power delivery (BPD) per migliorare efficienza e densità, dimostrando come la gestione termica sia ormai strettamente intrecciata con le strategie di potenza e packaging. Tuttavia, sfruttando le potenzialità del SiC su scala wafer da 12 pollici, TSMC punta a definire un nuovo paradigma nella gestione termica dei semiconduttori. Questa strategia non solo risponde alle esigenze dei data center e dell’AI, ma potrebbe trasformarsi in un fattore di differenziazione tecnologica nel panorama sempre più competitivo del packaging avanzato.
