VLSI 研讨会上的公司专家 TSMC 展示了他们将液体冷却系统直接集成到芯片中的愿景。 用于冷却微电路的类似解决方案可能会在未来找到应用，例如，在数据中心，那里通常需要去除千瓦热量。
随着芯片内部晶体管密度的增长和多层3D布局的使用，其有效散热的复杂性也随之增加。 台积电专家认为，在未来，冷却液微通道将集成到芯片本身的解决方案可能很有前途。 这在理论上听起来很有趣，但在实践中，这个想法的实施需要巨大的工程努力。
台积电的目标是开发一种液体冷却系统，能够从一平方毫米的处理器区域散发 10 瓦的热量。 因此，对于面积为 500 mm² 及以上的芯片，该公司的目标是去除 2 kW 的热量。 为了解决这个问题，台积电提供了几种方法：
- DWC（直接水冷）：液体冷却微通道位于晶体本身的上层
- 带有 OX TIM 的 Si Lid：液体冷却作为带有微通道的单独层添加，该层通过 OX（氧化硅融合）作为热界面连接到主晶体热界面材料 (TIM)
- 带 LMT 的 Si Lid：使用液态金属代替 OX 层
每种方法都使用表面积为 540 平方毫米、总晶体面积为 780 平方毫米、配备温度传感器的特殊 TTV（热测试载体）铜测试单元进行测试。 TTV 安装在提供电源的基板上。 回路中的流体温度为 25°C。
据台积电称，最有效的方法是直接水冷，即当微通道位于晶体本身时。 使用这种方法，该公司能够去除 2,6 kW 的热量。 温差为63℃。 在使用 OX TIM 方法的情况下，在 2,3°C 的温差下分配了 83 kW。 在层与层之间使用液态金属的方法被证明效果较差。 在这种情况下，在 1,8°C 的温差下，只能去除 75 kW。
该公司指出，热阻应尽可能低，但这方面是主要障碍。 对于 DWC 方法，一切都取决于硅和液体之间的过渡。 在晶体的不同层的情况下，再添加一个过渡，最好由 OX 层处理。
为了在硅层中创建微通道，台积电建议使用特殊的金刚石切割机，创建宽度为 200-210 微米、深度为 400 微米的通道。 300 mm 基板上的硅层厚度为 750 μm。 该层应尽可能薄，以便于从下层传热。 台积电使用不同类型的小管进行了多项测试：定向和方柱形式，即小管是在两个垂直方向上制作的。 还与不使用小管的层进行了比较。
从没有小管的表面散发热能的效率是不够的。 此外，即使增加冷却剂流量，它也不会改善太多。 两个方向的通道（方柱）给出了最好的结果，简单的微通道去除的热量要少得多。 前者比后者优势2倍。
台积电认为，未来晶体的直接液体冷却是很有可能的。 芯片上将不再安装金属散热器，液体直接穿过硅层，直接冷却晶体。 这种方法将允许从芯片中去除几千瓦的热量。 但此类解决方案要出现在市场上还需要时间。
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