中金：关注芯片TIM材料升级主线及新应用场景扩容

2026-10-10 · 在线配资开户

中金公司 研报表示，看好 AI芯片 功耗及热流密度持续提升背景下TIM在散热体系中的重要性提升，建议重点把握两条主线：一是芯片材料升级，Blackwell阶段PCM等成熟方案仍占主流，随着Rubin及后续平台推进，高导热 石墨烯 垫片等 新材料 有望加速导入，竞争壁垒亦由传统配方向垂直导热结构取向、长期可靠性、规模化制造一致性迁移，具备重点客户认证、技术储备

中金公司 研报表示，看好 AI芯片 功耗及热流密度持续提升背景下TIM在散热体系中的重要性提升，建议重点把握两条主线：一是芯片材料升级，Blackwell阶段PCM等成熟方案仍占主流，随着Rubin及后续平台推进，高导热 石墨烯 垫片等 新材料 有望加速导入，竞争壁垒亦由传统配方向垂直导热结构取向、长期可靠性、规模化制造一致性迁移，具备重点客户认证、技术储备及量产能力的厂商有望率先受益；二是应用场景扩容，高速光模块、液冷cage及NPO/CPO演进带来内部、外部及多热源TIM新增需求，同时HBM、SSD、NIC等器件液冷覆盖进一步打开成长空间。供应链层面，大陆厂商在 石墨烯 垫片等高性能材料领域正逐步实现突破。

中金 | AI“探电”之液冷系列专题（三）：TIM材料，技术升级明确，大陆厂商加速突围

我们认为随着芯片功耗持续提升，TIM材料是当前AI散热产业链中升级方向明确、技术路线变化显著的细分环节，建议关注芯片TIM向高端方案切换，及高端TIM应用场景扩容带来的机会。

单相冷板优化边际效用逐渐递减，TIM升级为影响系统散热效率的关键环节。AIDC芯片功耗持续提升，Chiplet、2.5D/3D封装及HBM堆叠进一步增加热源密度、局部热点及封装内部传热路径。单相冷板当前仍为主流散热路线，TIM材料在散热系统中的热阻占比随着功率密度提升不断增加，有望成为冷板之后的新的散热瓶颈，在散热系统中重要性逐步提升。

TIM由传统 有机硅 及相变材料向更高级的碳基和金属基材料升级，重构竞争壁垒和格局。硅脂、硅胶仍是体量最大的基础盘，配方相对成熟，高端市场由海外龙头主导；相变片是传统体系的升级路线，海外单品龙头占优； 碳基材料 中的 石墨烯 垫片成长性较高的高端 新材料 路线，国内厂商实现全球突破机会较大，壁垒在垂直导热结构、量产工艺闭环和长周期认证；液态金属短期受工程化问题约束落地进展较慢，短期仍以海外厂商领先。

芯片材料体系革新叠加应用场景拓展，共同打开TIM材料空间。 芯片侧，TIM2有望率先迎来升级， 英伟达 体系中随着Rubin功耗进一步提升，高导热石墨烯垫片的应用窗口有望打开。光 通信 侧，800G向1.6T/3.2T升级、液冷cage渗透及NPO/CPO演进，有望带动TIM由光模块内部向模块—冷板外部界面及多热源散热场景拓展；此外，HBM、SSD、NIC/DPU等器件液冷覆盖率提升亦将贡献新需求。我们测算2027年全球 AI芯片 和光模块TIM材料市场空间有望达30.9/58.0亿元，同比+133%/+238%。

AI资本开支不及预期、客户验证及规模化量产进度不及预期、散热及封装技术路线变化风险、产业竞争加剧风险。

单相冷板优化边际效用递减，TIM材料成为散热新瓶颈

芯片功耗持续上行，AIDC热负荷快速增加

AI芯片 功耗升级叠加封装技术演进，推动AIDC散热需求增长。随着生成式AI模型规模扩张及训练、推理算力需求提升，GPU计算性能、显存容量及互联带宽持续升级，带动芯片功耗中枢不断上移。以 英伟达 为例，GB300 NVL72平台单颗GPU的最高可配置TDP进一步提升至1400W，Vera Rubin则达到2300W，推动服务器及机柜热负荷同步增长。与此同时，芯片功耗增长速度快于封装散热面积扩张，叠加Chiplet、2.5D/3D封装及HBM等 先进封装 技术将更多计算与存储单元集成于同一封装内，导致单位面积热流密度持续提升，封装内部热源更加集中、局部热点及热耦合问题进一步加剧。由于芯片功耗提升使维持安全结温所允许的总热阻持续降低，AIDC散热系统对封装结构、TIM材料及冷板等环节的协同降热阻能力提出更高要求。

单相冷板仍为规模化部署主线，冷板优化边际效用递减，TIM成为散热新瓶颈

单相冷板液冷仍是现阶段主要路线，两相冷板及浸没式液冷渗透节奏相对较慢。 单相冷板通过液态工质循环带走GPU、CPU等高功耗器件产生的热量，可较大程度沿用现有服务器形态、机柜布局及 数据中心 基础设施，并与风冷系统协同运行，兼具存量机房改造及新建 数据中心 部署的灵活性。同时，冷板、CDU、歧管、快速接头等核心环节供应链及运维体系相对成熟，整体部署成本及工程风险较低。相比之下，两相冷板及浸没式液冷虽然具备更高的散热潜力，但规模化应用仍面临较多工程化挑战：两相冷板利用工质汽化潜热提升散热效率，但对系统压力、密封可靠性、气液两相流控制及工质管理提出更高要求，且存在流动稳定性、工质成本等问题；浸没式液冷能够实现更全面的热量捕获，但需要对服务器结构、运维模式进行较大调整，并解决 电子 元器件、密封材料及TIM等与介电工质的长期兼容性问题，系统改造及维护成本较高。整体来看，两相冷板及浸没式液冷短期内仍受制于系统复杂度、标准化程度及供应链成熟度，我们预计主要在超高热流密度及定制化场景逐步渗透，单相冷板仍有望在未来较长时期内占据AIDC液冷市场主导地位。

随着功率密度的不断增加，冷板侧散热效用边际递减，热界面材料成为新的瓶颈。根据Meta的热阻实测数据，热界面材料在整体系统中的热阻占比达30%以上，仅次于冷板。并且随着功率密度从0.75W/mm2提升到1.25W/mm，冷板的热阻占比从50%下降到了43%，热界面的热阻占比上升了2%。在高算力密度下，单纯靠优化液冷板本身（如增加流速、改变水道）对总散热效果的贡献率在降低，热界面材料或成为新的瓶颈。

图表1：在ASIC芯片中的热阻分布随功率密度提升的变化

TIM材料通过填充界面空气间隙降低接触热阻，随芯片封装架构演进，应用位置由封装外部逐步向芯片内部延伸。TIM通过填充空气间隙显著降低热阻，从应用位置看，传统带盖封装主要包括TIM1和TIM2，其中TIM1位于芯片裸片与集成散热盖之间，通常采用金属焊料、低温合金或高性能聚合物等材料，需在芯片封装阶段完成验证，技术导入壁垒较高；TIM2位于散热盖与冷板或散热器之间，主要采用导热硅脂、相变材料及导热垫片等，通常在服务器或散热模组装配阶段应用，材料升级相对灵活。随着芯片功耗及热流密度提升，部分高性能芯片采用无盖封装或冷板直触设计，通过TIM1.5直接连接裸片与冷板，简化传热路径，但对材料导热性能、界面贴合及系统级协同设计提出更高要求。进一步看，Chiplet及3D堆叠封装技术的发展推动热管理需求由封装外部向芯片内部延伸，新增芯片层间导热界面，热量需穿过硅基体、键合层及层间介质等多层结构，层间热阻累积及局部热点问题进一步加剧，对底填材料、键合介质及新型层间导热材料提出更高要求。

图表2：TIM材料在芯片封装时的应用位置

图表3：Google 3D堆叠封装专利

从传统 有机硅 转向更高导热性能材料，重构TIM材料格局和壁垒

TIM材料体系由传统 有机硅 向相变材料、 碳基材料 及液态金属等高性能路线持续升级，不同材料体系的核心竞争壁垒逐步分化。传统有机硅TIM以导热硅脂、导热凝胶及导热垫片为主，凭借成本及工艺成熟度优势成为当前应用最广泛的材料体系，但产品配方及性能逐渐趋于稳定，中低端市场竞争较为充分，高端市场更依赖品牌、客户认证及稳定交付能力；相变材料通过在工作温度下软化并充分润湿界面，降低接触热阻、提升散热效率，属于传统高分子TIM的性能升级，目前高端市场仍以海外龙头厂商主导。随着芯片功耗及热流密度持续提升，TIM材料进一步向碳基及金属基高性能体系演进，其中石墨烯等 碳基材料 通过构建高效导热通道提升散热性能，核心壁垒由单一材料配方向配方与生产工艺协同演进，对垂直导热结构构建、材料取向、压缩回弹及量产一致性提出更高要求，国内厂商有望凭借制造及工程化能力实现突破；液态金属等金属基材料具备较高的导热性能上限，但仍面临界面润湿、材料相容性、金属腐蚀、防泄漏及长期可靠性等量产挑战，技术壁垒进一步延伸至材料配方、封装及系统级协同设计，目前海外厂商具备先发优势，国内厂商持续追赶。

有机硅材料：应用最广泛，材料与工艺成熟度较高，中低端竞争激烈，高端市场海外垄断

有机硅TIM材料体系较为成熟，产品性能参数逐渐趋同，高端市场以海外龙头为主，整体竞争格局相对分散。有机硅TIM主要以硅油、硅 橡胶 或硅凝胶为基体，通过添加高导热填料构建导热通路，形成导热硅脂、导热凝胶及导热垫片等多种产品形态，凭借良好的柔顺性、界面润湿性、电气绝缘性及成熟的加工工艺，成为当前应用最广泛的TIM材料体系。经过数十年发展，传统有机硅TIM配方及工艺已相对成熟。当前材料性能优化主要通过填料粒径及复配体系优化提升导热能力，同时改善抗泵出、抗析油及热循环稳定性，但填料负载提升往往伴随黏度及模量增加，可能削弱材料润湿性及加工性能，导热性能与界面可靠性难以无限同步优化。我们认为，随着传统有机硅TIM产品性能逐渐趋同，高端市场的核心竞争壁垒更多体现为长期可靠性验证、品牌积累及客户粘性。从竞争格局看，高端市场主要由国际龙头主导，凭借配方积累、客户认证及稳定交付能力占据优势；中低端市场则由于技术门槛相对较低，参与厂商较多、竞争较为激烈。

图表5：头部TIM厂商导热硅脂产品参数比较

相变材料：目前技术成熟度较高，海外龙头优势显著

相变材料（PCM）是传统TIM的重要升级方向，技术壁垒高于传统有机硅，高端市场主要由海外龙头主导。PCM通常由聚合物或蜡类基体与高导热填料构成，在室温下保持固态或半固态，在达到特定工作温度后软化并充分润湿界面，从而减小粘接层厚度（BLT）及接触热阻，兼具常温易于贴装、工作状态下界面贴合性好及抗泵出等优势，主要应用于CPU、GPU等高功耗芯片的TIM2界面，以及服务器、交换机和功率模块等场景。相较传统有机硅TIM，PCM新增相变过程，对材料配方及工艺提出更高要求：一方面需要精准控制相变温区，使其与芯片工作温度匹配，同时避免渗漏；另一方面需通过高导热填料复配及界面设计构建稳定导热网络，并解决长期热循环过程中的填料迁移、相分离及性能衰减等问题，核心壁垒体现为相变温区、低热阻及长期循环稳定性的协同设计。从竞争格局看，当前高端芯片级PCM市场主要由 霍尼韦尔 、汉高等海外材料龙头主导，依托配方工艺积累及下游客户认证建立较高壁垒；其他PCM厂商则更多聚焦储能、建筑温控及冷链等储热应用，与芯片级TIM市场存在差异。

碳基材料：由面内热扩散向垂直传热演进，国内厂商卡位领先

碳基TIM材料向垂直取向、柔性复合及表面改性方向升级，核心在于提升厚度方向导热能力及界面贴合效果：

石墨垫片：当前成熟度较高的碳基TIM材料。主要由天然石墨、膨胀石墨或人工石墨经压延、取向及压缩加工形成，具有一定压缩形变能力，可填补界面间隙并避免传统硅脂泵出、干涸等问题，但厚度方向导热能力弱于面内，主要应用于服务器、基站及功率模块等场景。

石墨烯薄膜：以面内热扩散为主，与TIM垫片存在本质区别。通过石墨烯片层组装、压延及高温处理形成，具备较高面内热导率，可快速扩散局部热点，但厚度方向导热及界面填隙能力有限，主要应用于 消费电子 、光模块及芯片封装周边的热扩散场景。

石墨烯垫片：通过柔性复合及垂直取向提升厚度方向导热能力，是碳基TIM中成长潜力较大的方向。通过石墨烯与聚合物复合，并构建垂直取向或三维导热网络，将面内导热优势转化为厚度方向的高效导热通道，同时兼顾界面压缩及贴合性能，核心壁垒在于取向结构设计、复合工艺及规模化生产一致性。

垂直取向碳纳米管：兼顾高效纵向导热与界面贴合，有望成为下一阶段升级方向。通过垂直生长碳纳米管阵列构建连续导热通道，并利用阵列柔性形变降低接触热阻，兼具抗泵出及热循环稳定性优势，但仍面临大面积均匀生长、界面热阻、导电风险及制造成本等挑战。

石墨烯导热垫片核心壁垒在于垂直导热结构构建及量产工艺控制，国内厂商已实现领先卡位。传统石墨烯薄膜以面内导热为主，而石墨烯垫片需通过垂直取向及连续导热网络构建，将面内高导热能力转化为厚度方向的高效传热，同时兼顾低界面热阻、低压缩应力及高回弹性能，整体工艺复杂度较高。从生产流程看，前端需通过表面改性改善石墨烯与聚合物的界面结合及导热性能，中段通过高精度取向、堆叠固化及精密切片形成垂直导热通道，后端还需经过精密模切、自动包边及视觉检测等环节，对材料配方、加工精度、良率及量产一致性均提出较高要求。从竞争格局看，石墨烯导热垫片量产壁垒较高，具备规模化生产能力的厂商相对有限，其中国内厂商鸿富诚已实现领先卡位，产品导热系数可达130 W/(m·K)、热阻低至0.04–0.06℃·cm²/W，并兼具较低压缩应力及70%以上回弹率， 综合 性能具备较强竞争力。

图表8：导热石墨烯TIM材料的生产步骤及核心卡点

图表9：导热石墨烯TIM材料主要厂商产品参数对比

金属基材料：液态金属应用受系统工程约束最深，目前仍为海外主导

金属基TIM材料目前主要包括铟基焊料、低熔点合金、可压缩金属箔及镓基液态金属。铟基焊料和金属箔已在部分芯片TIM1及高可靠性功率模块中应用。室温液态金属通常采用镓—铟、镓—铟—锡等合金体系，目前已在高端游戏主机和笔记本CPU、GPU中实现应用，并有望进一步向高热流密度CPU、GPU、ASIC的TIM1、TIM1.5及定制化TIM2界面延伸。

液态金属TIM具备较高的导热性能上限，但规模化应用仍面临较多工程化挑战，核心壁垒在于材料配方、封装结构及系统级协同设计。液态金属能够充分填充芯片与散热器之间的微观间隙、降低界面热阻，但其较强的流动性及导电性也带来泄漏、短路及金属腐蚀等风险，同时需要解决表面氧化、界面润湿等问题。从技术壁垒看，一方面需要通过Ga/In/Sn等合金组分设计及高导热填料复配，平衡材料导热性能、流动性、润湿性及化学稳定性；另一方面需通过界面防腐蚀涂层、限域封装及精密涂布等工艺，解决材料相容性、防泄漏及高一致性装配等难题，并通过长期可靠性验证保障产品性能稳定。

当前液态金属的竞争仍为海外主导，其参与主要厂商包括美国铟泰，国内 德邦科技 （持股90.31%泰吉诺股份）、 科创新源 （持股50%东莞兆科）亦有布局。国内厂商目前已形成差异化布局，并在部分性能指标上逐步接近海外主流水平。整体来看，国内厂商已完成从单一液态金属材料向不同形态、不同应用场景的产品延伸，正在不断拉近与海外的差距。

图表10：国内外厂商液态金属TIM产品对比

芯片 应用材料 体系革新叠加应用场景拓展，共同打开TIM材料空间

芯片：TIM2率先实现材料升级，Blackwell延续成熟PCM，Rubin打开高性能材料窗口

TIM1与TIM2所处位置和导入环节不同，后者更有望率先实现材料升级。由于TIM1在芯片封装阶段完成装配，需要与裸片背面金属化、散热盖材料及封装回流工艺协同设计，其验证周期和供应商导入门槛均相对较高。TIM2位于集成散热盖与冷板之间，或在无盖封装中由TIM1.5直接连接裸片与冷板，通常在服务器或散热模组组装环节完成应用。TIM2需要重点平衡界面热阻、封装翘曲补偿、装配压力、抗泵出能力和可返修性，材料替换相对灵活，因此更容易成为芯片代际升级过程中率先发生变化的环节。

TIM1主要沿高性能聚合物与金属焊料两条路线演进，封装级工艺及长期可靠性构成核心壁垒。TIM1位于芯片裸片与集成散热盖之间，在芯片封装阶段完成组装，当前可采用低模量有机硅凝胶、导热胶黏剂或铟基焊料等材料。其中，聚合物TIM具有柔顺性较好、能够吸收芯片与盖板之间热机械应力等优势；焊料TIM则可形成更薄、热导率更高的金属导热通道，但需要同步解决芯片背面金属化、焊料润湿、空洞控制、回流工艺、金属间化合物及热循环可靠性等问题。

TIM2材料有望由Hopper、Blackwell阶段的相变材料向Rubin阶段的高导热石墨烯垫片升级。根据联想 液冷服务器 维护资料，Hopper及Blackwell平台GPU冷板界面采用PCM，凭借较好的界面润湿性、工艺成熟度及可维护性满足散热需求。随着Rubin芯片功耗及热流密度进一步提升，液态金属等方案受腐蚀、密封及规模化装配一致性等因素制约，量产导入难度较高，Rubin GPU的TIM2及Vera CPU TIM转向高导热石墨烯垫片。相较PCM，石墨烯垫片通过垂直取向及复合结构提升厚度方向导热能力，同时具备抗泵出、厚度一致性较好及长期稳定性等优势，更适配高功耗、大面积封装芯片的散热需求。

光 通信 ：高速率与液冷升级打开内部、外部双重TIM增量

光模块内部：TIM与均热结构协同升级，材料要求向低挥发和高可靠性延伸

光模块内部TIM以导热凝胶及导热垫片为主，随着光模块功耗提升及散热结构升级，对材料清洁度、柔顺性及长期可靠性提出更高要求。光模块内部热量通常沿发热器件→TIM→模块壳体→外部散热器路径传导，即使引入VC均热板改善内部热扩散，TIM仍是降低界面热阻的重要环节。目前光模块主要采用导热凝胶及导热垫片，其中导热凝胶凭借良好的形变及间隙填充能力适用于复杂结构和低应力场景，导热垫片则通过压缩贴合适用于规则间隙，石墨烯垫片受导电风险及适配验证等因素制约，仍处于应用初期。与此同时，激光器、透镜等光学器件对挥发物、硅油迁移及机械应力较为敏感，要求TIM在保证低热阻的同时兼顾低挥发、低析油、低污染及压缩回弹性能。

图表11： 中石科技 光模块VC散热配合TIM材料散热方案

光模块外部：液冷cage新增TIM界面，耐磨性与结构协同成为关键

光模块散热新增模块壳体与冷板之间的TIM需求，同时对材料耐磨性、压缩回弹及长期可靠性提出更高要求。传统风冷方案中，热量主要通过模块内部TIM、壳体及外部散热器传递至空气，液冷cage则将末端换热介质替换为冷却液，通过外部TIM连接模块壳体与冷板，实现高效散热。由于交换机光端口数量较多，液冷cage渗透有望带动外部TIM用量及应用面积同步增长，成为GPU、CPU之外的重要增量场景。同时，多端口共用冷板需要适应模块高度及装配公差，要求TIM兼具低热阻、压缩回弹及长期尺寸稳定性；光模块可插拔特性还对材料耐摩擦、抗撕裂及反复插拔可靠性提出更高要求。Molex指出，传统TIM在光模块插拔过程中容易受到锐边损伤，并通过Drop-Down Heat Sink设计使散热器仅在模块插入最后约10%的行程中下压接触，从而支持超过100次插拔。光模块外部材料竞争要素已由热导率进一步延伸至耐磨、抗撕裂、表面润湿、厚度稳定和可维护性，且材料升级需要与cage及冷板机械结构同步完成。

Direct-to-Plug及 XPO 等原生液冷方案将进一步改变TIM的应用位置。Ciena将高功率可插拔光模块液冷路径划分为平台冷板配合 RH S OSFP、Direct-to-Plug液冷OSFP和液冷 XPO 等方案。其中，Direct-to-Plug通过快接接头将冷却液直接引入模块集成冷板， XPO 则以更高端口密度和原生液冷设计提升单模块带宽。在此类方案中，传统模块壳体与固定冷板之间的滑动TIM可能被减少或取消，但模块内部DSP、光电器件与集成冷板或VC之间仍需高性能界面材料。

交换机：NPO/CPO推动TIM由ASIC单点向多热源封装延伸

交换芯片带宽和光电集成度提升，推动TIM需求由中央ASIC单点界面向ASIC、EIC、PIC及光引擎等多热源协同散热延伸。在传统可插拔交换机中，TIM主要应用于交换ASIC与散热器或冷板之间，以及各端口光模块与cage/ RH S散热器之间；NPO、CPO则将光引擎逐步移近或集成至交换ASIC封装，缩短高速电气链路的同时，也使逻辑芯片与温度敏感型光电器件之间的热耦合显著增强。NVIDIA Quantum-X及Spectrum-X Photonics均将光引擎布置于交换ASIC周边并采用液冷设计，当光引擎进入ASIC封装或与ASIC近距离布置后，TIM需要适配不同Die高度、封装翘曲及有限装配压力，并根据界面位置满足电气绝缘、低挥发、低应力和不得污染光学结构等要求；同时，封装盖板、均热结构与冷板之间需要开展一体化热机械设计。

空间：2027年全球AI芯片和光模块TIM材料分别有望实现30.9亿元和58.0亿元市场

我们测算2027年全球AI芯片TIM材料市场有望达到30.9亿元，其中主要 驱动力 为导热石墨烯垫片。我们预计传统有机硅/相变片在 英伟达 GPU芯片中应用的环节正在逐渐减少，Rubin一代GPU和CPU的散热材料逐渐被导热石墨烯材料取代，而ASIC中仍为主流TIM材料路线。我们测算2027年服务器芯片TIM材料的市场空间为30.9亿元，同比+133%，其中有机硅材料/相变材料/导热石墨烯垫片/金属基TIM的市场空间分别为1.1/0.1/14.7/15.0亿元，其中导热石墨烯垫片为增长核心动力，2027年同比+712%。

图表12：2025A-2027E 全球AI芯片TIM材料市场空间

光模块是TIM材料不可忽视的市场，2027年全球有望实现58亿元市场空间。我们认为当前光模块散热主要还是采用导热凝胶为主，其材料体系也随着光模块速率演进，从800G的8W/m·K的产品演进成12W/m·K等导热系数更高的材料，我们测算2027年光模块TIM材料有望实现58亿元市场，同比+237.9%，其中核心增量来自于1.6T光模块。

图表13：2025A-2027E全球光模块TIM材料市场空间

关注芯片TIM材料升级主线及新应用场景扩容机会。我们看好AI芯片功耗及热流密度持续提升背景下TIM在散热体系中的重要性提升，建议重点把握两条主线：一是芯片材料升级，Blackwell阶段PCM等成熟方案仍占主流，随着Rubin及后续平台推进，高导热石墨烯垫片等 新材料 有望加速导入，竞争壁垒亦由传统配方向垂直导热结构取向、长期可靠性、规模化制造一致性迁移，具备重点客户认证、技术储备及量产能力的厂商有望率先受益；二是应用场景扩容，高速光模块、液冷cage及NPO/CPO演进带来内部、外部及多热源TIM新增需求，同时HBM、SSD、NIC等器件液冷覆盖进一步打开成长空间。供应链层面，大陆厂商在石墨烯垫片等高性能材料领域正逐步实现突破。