半導(dǎo)體封裝直接3D打印純銅散熱結(jié)構(gòu)，F(xiàn)luent Metal省掉TIM層

南極熊導(dǎo)讀：半導(dǎo)體級別 3D打印純銅散熱技術(shù)，出現(xiàn)了不同的分支。

2026年7月，南極熊獲悉，美國金屬3D打印初創(chuàng)公司Fluent Metal展示了一項新的技術(shù)案例：在半導(dǎo)體封裝表面直接沉積純銅散熱結(jié)構(gòu)，基材溫度控制在較低水平，且聲稱不需要導(dǎo)熱界面材料（TIM）填充間隙。公司CEO Peter Schmitt通過LinkedIn發(fā)布了實物照片和工藝描述，表示技術(shù)仍處于測試階段。

△Fluent Metal公司CEO Peter Schmitt展示在功率晶體管封裝上沉積的純銅滴陣列——照片經(jīng)CEO確認非AI生成

消除TIM：一條被反復(fù)探索的散熱路徑

芯片散熱的傳統(tǒng)路徑大致是：芯片→TIM1（導(dǎo)熱界面材料）→均熱板/散熱器→TIM2→風冷或液冷。導(dǎo)熱硅脂的熱導(dǎo)率通常在5至15 W/m·K之間，液態(tài)金屬TIM約40至80 W/m·K，而純銅的熱導(dǎo)率約400 W/m·K。換句話說，TIM層的存在是整條散熱鏈中熱阻最高的環(huán)節(jié)之一。

如果能直接在芯片封裝表面生長純銅結(jié)構(gòu)，讓銅與封裝表面形成冶金結(jié)合，就可以跳過TIM填充間隙的步驟，從根本上消除這一熱阻。2022年Nature Electronics上有一篇論文（Gebrael et al.）用鍍銅方法實現(xiàn)了類似概念，F(xiàn)luent Metal則用熔融金屬液滴沉積技術(shù)走了一條不同的工藝路線。

△Fluent Metal熔融金屬液滴按需打印原理示意

熔融液滴按需沉積：不用粉末不用激光

Fluent Metal的技術(shù)屬于熔融金屬液滴按需打印。采用極細的金屬絲（約人發(fā)寬度）作為原料，等離子弧加熱絲材尖端形成熔融液球，液滴被噴射沉積到基材上，幾毫秒成形一滴。整個過程不使用金屬粉末也不使用激光，設(shè)備只需標準電源插座即可運行。

Peter Schmitt表示，F(xiàn)luent Metal的工藝可以在半導(dǎo)體封裝上構(gòu)建高表面積純銅結(jié)構(gòu)，無需TIM層，且與已組裝好的PCB兼容。公司計劃定價約3000美元（約合2萬人民幣），目標在12至18個月內(nèi)推出Beta版設(shè)備。Fluent Metal成立于2020年，總部位于馬薩諸塞州沃本，累計融資550萬美元（約合3721萬人民幣），值得關(guān)注的是，CEO Peter Schmitt此前擔任Desktop Metal首席設(shè)計師。

△2024年Fluent Metal融資550萬美元，推出更靈活的液態(tài)金屬打印技術(shù)

技術(shù)新穎，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜屹|(zhì)疑很多

Peter Schmitt明確表示技術(shù)"仍在測試階段"。在LinkedIn帖子的大量條評論中，大量來自電力電子和熱管理領(lǐng)域的專家提出了專業(yè)性質(zhì)疑：增加銅層之后最終仍需通過TIM與散熱器連接，并未真正消除TIM；非隔離封裝上的導(dǎo)電銅層可能引入電氣隔離問題以及測試樣品的熱阻數(shù)據(jù)缺失；凸起的銅盤與散熱器之間可能形成點接觸而非面接觸，反而降低導(dǎo)熱效率。這些質(zhì)疑目前尚未獲得Fluent Metal的公開回應(yīng)。

南極熊認為，盡管存在爭議，但Fluent Metal切入的確實是一個真痛點：電力電子器件的散熱瓶頸越來越多地集中在封裝級別而非系統(tǒng)級別。能否在芯片封裝表面直接構(gòu)建高效散熱結(jié)構(gòu)，對下一代功率半導(dǎo)體和AI硬件的熱管理方案都有潛在影響。

另外，對于一家2020年成立、融資550萬美元、CEO來自Desktop Metal的初創(chuàng)公司來說，走熔融金屬液滴沉積這條技術(shù)路線本身就有一定的差異化價值，F(xiàn)luent Metal不需要粉末、不需要激光、插電就能用。如果最終能證明直接沉積純銅可以部分替代TIM的功能，或者至少大幅降低TIM的使用需求，那么這個方向就值得被認真對待。

Δ高精度液冷散熱結(jié)構(gòu)

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