AI/HPCシステムの死命を制する消費電力・放熱設計（前編）：福田昭のデバイス通信（511） TSMCが解説する最新のパッケージング技術（8）（2/2 ページ）

「IEDM 2025」におけるTSMCの講演内容を紹介するシリーズ。「（3）Thermal dissipation design（消費電力および放熱の設計）」を前後編に分けて解説する。

[福田昭，EE Times Japan]

熱抵抗の値が温度上昇を左右

　次にSoC（GPUあるいはAIプロセッサ）とHBMをインターポーザー（中間基板）に搭載するタイプの先進パッケージ（CoWoSなど）で、SoCとHBMの発熱をどのように逃がすかを考える。

　熱の伝わりにくさを定量的に表記する指標は通常、「熱抵抗（℃/W）」である。消費電力（W）当たりの温度上昇（℃）を意味する。単位面積当たりの熱抵抗（平方mm・℃/W）も良く使われる。

　放熱設計では例えばCoWoSを構成する部品・材料の熱抵抗と消費電力から、温度上昇を見積もる。見積もりには、発熱源であるCoWoSのシリコンが有する熱抵抗とシリコンの消費電力、シリコン表面と金属リッド（フタ）をつなぐ熱伝導材料（TIM：Thermal Interface Material）の熱抵抗（TIM1の熱抵抗）、金属リッドの熱抵抗、金属リッドと冷却器（クーラー）をつなぐTIM2の熱抵抗、冷却器の熱抵抗を使う。

　放熱設計の基本は、シリコンのpn接合温度を一定値（標準的には70℃）以下に抑えることだ。冷却器の表面、すなわち周囲環境の温度（環境温度）を25℃と仮定すると、許容可能な温度差（温度上昇）は45℃となる。実際には環境温度を20℃以下と低くし、許容できる温度上昇を50℃以上に拡大することが少なくない。

先進パッケージ（CoWoS）を冷却する機構と、構成部品の熱抵抗［クリックで拡大］ 出所：TSMC（IEDM 2025のショートコース（番号SC1-5）で公表された講演スライドから）

（後編に続く）

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