行业革新散热技术！石墨烯导热垫片破解高功率大尺寸芯片散热难题

高功率芯片的 “发热和翘曲危机”

随着DeepSeek等大模型推开AI技术应用的大门，以高算力AI芯片为核心的数据中心建设迎来了高速发展。AI芯片功耗的指数级增长与物理尺寸的线性扩展形成显著矛盾，直接导致功率密度大幅度提升。以H100为例，其最大功耗可达700W，芯片尺寸814mm²，长时间高功率运转发热引发的芯片翘曲问题越发严重，随着功耗的继续增加和芯片尺寸的继续增大，即将突破传统热界面材料体系的承受极限。据研究，芯片温度每升高10℃，其可靠性可能降低约50%。所以，高效散热对于维持 AI 芯片稳定、高效运行至关重要。

图1. 国外主流AI芯片功耗节节攀升

（“数据来源：鸿富诚根据公开资料整理”）

在芯片热传导体系构建中，我们将不同层级的热界面材料（TIM）进行功能化区分：

TIM1.5：裸芯片与散热器直接连接的热界面材料

TIM1：在带Lid的封装中，芯片与Lid间的热界面材料

TIM2：在带Lid的封装中，Lid与散热器之间的热界面材料

图2. 鸿富诚TIM&TIM2型石墨烯导热垫片使用场景

以高功率大尺寸芯片的TIM1场景为例：

热界面材料需要同时满足低BLT（≤0.3mm），低热阻（≤0.1℃cm²/W），应力吸收（上下CET不同导致的翘曲）。

传统硅脂、相变导热材料、铟片均满足低BLT和低热阻的要求，但是面对材料热膨胀系数（CTE）失配引发的结构形变时依然大感棘手。当系统持续高功率运行时，基板、芯片和散热器因CTE的差异会产生0.1-0.3mm的翘曲。这种动态形变不仅会降低TIM材料的热传导效率，更会引发界面材料的"泵出效应"（Pump-out phenomenon）——该效应强度与封装尺寸呈正相关性，在1000mm²级以上封装中其破坏性远远大于小尺寸封装，直接威胁产品的可靠性寿命。

鸿富诚是国内热界面材料取向工艺研究与商业化推进的领跑企业。在2018年已有开发取向碳纤维导热垫片的成功经验基础上，通过取向工艺成功的进一步开发出纵向石墨烯导热垫片，成功破解高功率大尺寸芯片散热难题。

图3. 鸿富诚纵向石墨烯导热垫片

鸿富诚纵向石墨烯导热垫片

如何破解高功率大尺寸芯片散热难题？

1

低BLT难题：通过超薄工艺制程，最大可搭配70%使用压缩量，芯片封装TIM场景BLT可达0.1mm。

2

低热阻难题：单层石墨烯的理论导热系数可达5300W/mK，通过取向工艺后，施加合适的封装压力，热阻低至0.04℃cm²/W。

3

大尺寸翘曲难题：通过内部多孔结构，快速适应界面局部形变。防止材料从界面被挤出，杜绝界面空隙产生，完美吸收翘曲位移，保证长期使用可靠性。

4

高可靠性：分别通过鸿富诚内部CNAS认可实验室及量产客户实验室严苛的1000h高温、高低温冲击、双85老化测试，石墨烯导热垫片热阻变化率均＜5%，可靠性显著优于常规热界面材料。

5

高品质批量化商用：鸿富诚纵向石墨烯导热垫片积累多年芯片散热应用经验，已实现自动化产线和量产交付，产品品质获得国内外多家芯片行业龙头企业认可并获得“质量优秀协作奖”。

6

自主创新全球领先：鸿富诚是创新EMC及热界面材料制造商，纵向石墨烯垫片具有独创的工艺装备和技术专利，拥有完整的系列产品知识产权。已在深圳、马来西亚、泰国等地布局了生产基地，满足海内外供应需求。

图4. 鸿富诚石墨烯导热垫片由纵向连续、高导热、低密度石墨烯构成

图5. 鸿富诚石墨烯导热垫片应用场景，热阻低至0.04℃cm²/W

图6. 鸿富诚石墨烯导热垫片高回弹性可吸收基板、芯片及散热器翘曲形变

芯片封装TIM1/TIM1.5场景采用鸿富诚石墨烯导热垫片

与导热硅脂、铟片等传统热界面材料相比的性能与生产工艺优势

相比于传统的导热硅脂材料，石墨烯导热垫片没有蠕变和泵出风险，高弹性贴合应对大尺寸芯片翘曲问题，热界面规则完整，热量传导均匀无热点。长时间高温运行不会变干，长周期老化热阻更稳定。硅氧烷含量极低，可满足低挥发要求的芯片散热应用场景。

相比于铟片用于封装，石墨烯导热垫片工艺简单，可实现自动化贴装，不需要繁杂的工艺，大大节省封装时间和设备投入成本。铟片现有封装工艺需在芯片/Lid镀金，贴装需要flux spray和真空回流焊，容易产生Void偏大、熔化回流污染、围堵失效等问题。

石墨烯导热垫片典型应用场景

▲AI算力等高功率芯片

▲智驾域控制器

▲高性能游戏显卡

▲浸没式液冷

如需了解更多石墨烯导热垫片的性能与高功率大尺寸芯片产品解决方案，欢迎扫描下方二维码，立刻联系我们：

或于2025年3月26-28日，莅临上海新国际博览中心“SEMICON China”&“慕尼黑上海电子设备展”“位于W1-1128鸿富诚展位”现场交流指导，见证散热科技的新突破！

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