来源：半导体行业观察
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
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