2026.10.10 | AC | Thermal | Graphene TIM for Rubin: China Leaders

摘要

1、TIM材料升级趋势：NVIDIA芯片功率突破2000W，传统硅脂/相变片因“泵出”效应失效，石墨烯垫片凭借固态不熔化、高可靠性（10年免维护）成为Blackwell Rubin平台核心方案。2、技术壁垒与先发优势：公司拥有1-1.5年领先期，竞争对手面临半年以上可靠性验证及亿元级重资产投入门槛；石墨烯垫片已在华为智驾、AMD MI300等项目实现大规模验证。3、应用场景扩张：石墨烯垫片正从大功率AI芯片向1.6T光模块、汽车智驾芯片（华为全系）、高端笔电（华为/惠普）渗透，核心逻辑由散热性能转向长期运行可靠性。

专家观点：

请介绍一下导热界面材料的基本概念、市场应用、技术演进路线，以及石墨烯导热垫片在AI芯片领域获得应用的技术逻辑和前景？

导热界面材料是一种用于填充发热源与散热器之间的介质，以实现高效热传导。其应用场景十分广泛，小到手机、手表等消费电子产品，大到IGBT功率半导体、卫星及5G基站等设备，几乎所有发热体都需要使用TIM材料。根据应用场景的不同，所使用的材料类型也有所差异。

TIM材料的发展历史可追溯至二三十年前，最初的产品形态是导热硅脂。导热硅脂是目前应用体量最大的TIM材料之一，主要应用于消费电子和IGBT功率半导体等领域。其主要成分是将氧化铝（高端产品使用球形氧化铝）与硅油及其他溶剂混合搅拌而成，属于有机硅体系。在NVIDIA早期的芯片产品中，例如2020年前后发布的H100、GB100等，当时芯片功率较小，采用的是导热系数约为6-8 W/mK的导热硅脂。然而，有机硅体系存在一个显著问题：随着使用时间的延长，硅油会挥发，导致分子链破坏，从而引发性能衰减。

随着芯片技术的迭代，NVIDIA在2022年至2023年推出的GB200、GB300系列芯片，将TIM材料从导热硅脂升级为相变片，具体型号为霍尼韦尔的PTM7,950。相变片由烷烃类树脂和相变石蜡构成，不含硅油成分，因此其长期可靠性优于导热硅脂。

到了今年（2026年），NVIDIA在4月份确认的新一代Blackwell Rubin平台，其芯片封装面积和功率均大幅提升，单颗芯片功率已超过2000瓦。高功率芯片在长期高温运行时，会因热胀冷缩导致芯片封装的铜盖发生翘曲，中间部分向上凸起。传统的导热硅脂和相变片通常涂覆得很薄，在铜盖翘曲的挤压下，材料容易被从核心区域挤出，这种现象被称为“泵出”（Pump-out）。一旦TIM材料被挤出，芯片与散热冷板之间将失去有效的导热介质，导致芯片瞬间过热。

为解决这一可靠性问题，石墨烯导热垫片应运而生。石墨烯导热垫片由石墨膜逐层堆叠后进行纵向切割制成，其本身是固态材料，不会熔化。它依靠压缩力与芯片及散热冷板紧密贴合，应用的装配间隙通常在0.15至0.2毫米之间。由于其固态特性和较厚的应用间隙，即使芯片铜盖在长期高温下发生严重翘曲，石墨烯垫片也不会被挤出，从而确保了长期稳定可靠的运行。

AI服务器作为一套庞大而复杂的系统，例如NVIDIA的NVL72机柜包含108颗芯片（72颗GPU和36颗CPU），对组件的可靠性要求极高，无法接受需要在使用两三年后更换TIM材料的维护方案。因此，高可靠性成为选择TIM材料的首要标准。石墨烯导热垫片能够满足在至少十年的运行周期内无需更换的要求，这正是其被Blackwell Rubin平台选用的核心原因，并因此取代了传统的导热硅脂、相变片以及与之竞争的液态金属方案。

石墨烯导热垫片的技术起源较早，在2021年与华为联合立项开发，2022年实现产品化，并自2023年起应用于华为的汽车智能驾驶系统中，目前已覆盖其所有智能驾驶车型。此外，该材料在2023年被AMD的公版显卡（如7,950X3D）采用，并于20 25年应用于AMD的MI300和MI350系列芯片。华为今年（2026年）的升腾950和960芯片也采用了该方案。

在大批量生产的背景下，石墨烯垫片相较于其他导热界面材料在装配效率和可靠性方面具备哪些具体优势，从而获得了客户的青睐？

石墨烯垫片在装配效率和可靠性方面展现出显著优势，尤其能满足未来大规模生产的需求，例如明年预计高达10万柜的出货量。首先，在装配效率上，石墨烯垫片可以预先裁切成客户芯片指定的精确尺寸，直接交付给代工厂。在车间内，这使得利用机械臂和真空吸盘进行全自动化装配成为可能。机械臂可以直接吸附垫片并精确地放置在芯片上，随后盖上冷板即可，整个流程高效快捷。其次，在可靠性方面，石墨烯垫片解决了传统材料的固有缺陷。例如，导热凝胶本质上是有机硅体系的油粉混合物，长时间使用后会发生油粉分离，导致性能下降。石墨烯垫片则不存在此问题，能够确保在产品的整个生命周期内（例如消费电子产品5-6年内）性能稳定，无需更换。正是由于在装配效率和长期可靠性上的双重优势，客户在对比了传统材料和液态金属等方案后，最终选择了石墨烯垫片。

请详细介绍导热界面材料主要的四大技术体系及其代表厂商，并说明各类材料的构成与基本特性？

导热界面材料主要可分为四大技术体系：有机硅体系、相变材料、金属基材料和碳基材料。

第一类是有机硅体系，其基材为硅油，与氧化铝、氮化铝等粉体填料混合而成。该体系根据形态不同，主要包括硅脂、凝胶和导热硅胶垫片。硅脂是流动性较强的固液混合物，凝胶则更为粘稠，而垫片是固态形式。此体系的代表厂商是陶氏和日本信越，其硅脂产品在全球市场处于领先地位。

第二类是相变材料，通常由烷烃类树脂与相变石蜡组合而成。这类材料在特定温度下会发生相变，从而提升导热效率。该领域的领先者是美国的霍尼韦尔和德国的汉高。

第三类是金属基材料，其基材为金属。具体又可分为液态和固态两种。液态金属（液金）主要是镓、铟、锡的合金，在常温下呈液态。固态金属基材料则包括铟片、铋基合金片等。此外，用于TIM芯片封装内部的焊料，如银合金或金锡合金，也属于这一范畴，用于将裸芯片与铜盖直接焊接。

第四类是碳基材料，以碳为基材，包括碳纤维、碳纳米管和石墨烯。目前导入应用的石墨烯垫片是该体系中热性能表现最佳的材料。它利用膨胀石墨烯膜优异的横向均温能力，通过特定工艺将其层层堆叠并调整取向，从而实现高效的纵向热传导。

在不同代的NVIDIA GPU中，主要采用了哪几类导热界面材料？

在NVIDIA不同代的GPU产品中，采用了不同的导热界面材料方案。传统的H100和A100/A800系列主要使用的是硅脂。而在GB200和B100/B200系列中，则采用了相变材料。对于今年（2026年）4月确认的下一代Blackwell Rubin架构，客户在经过近一年的测试后，最终放弃了液态金属方案，选择了石墨烯垫片。

液态金属虽然导热性能优异，因其液态特性能够充分润湿芯片与冷板间的间隙，但在实际应用中面临三大难以解决的问题。第一，存在泄漏风险。液态金属具有导电性，必须采取严密的防泄漏措施，以避免流动溢出导致短路等绝缘风险。第二，存在化学兼容性问题。液态金属中的镓元素化学性质非常活泼，会与散热器中常用的铜或铝发生反应。为避免腐蚀，必须在铜盖或冷板表面镀镍或镀金，增加了工艺复杂性和成本。第三，长期可靠性存疑。液态金属在高温下表面会形成一层致密的氧化层，这会显著降低其导热性能。此外，其涂覆过程较为繁琐，需要反复涂刷以控制用量，导致装配效率低下。正是由于在可靠性和装配效率上存在这些根本性问题，液态金属方案最终被放弃。

基于目前的技术现状和应用趋势，下一代Rubin Ultra架构的导热界面材料方案预计会如何选择？

根据当前的技术评估，预计在下一代Rubin Ultra架构中，将会继续沿用石墨烯垫片的方案。主要原因是，当前液态金属方案所面临的可靠性问题（如高温氧化导致性能下降、与铜发生化学反应）以及装配效率低下的问题，在一年之内难以从根本上得到解决。因此，从技术延续性和风险控制的角度来看，沿用已经在Blackwell Rubin架构上验证通过的石墨烯垫片，是一个合乎逻辑的预测。

请问如何区分导热界面材料中的TIM1、TIM1.5和TIM2，以及石墨烯材料目前主要应用于哪个层级？

TIM1、TIM1.5和TIM2的划分标准是根据导热界面材料在芯片与散热器之间所处的具体位置而定。TIM1特指应用于带铜盖封装芯片内部的材料，位于硅芯片与铜盖之间，属于芯片封装材料。TIM2则是指应用于带铜盖芯片外部的材料，放置在铜盖与上方的冷板或VC散热器之间。TIM1.5则应用于无铜盖的裸Die芯片，导热材料直接放置在芯片Die与上方的VC或散热器之间，常见于笔记本电脑的GPU等。

目前，石墨烯导热垫片主要应用于TIM1.5和TIM2层级。例如，在NVIDIA RUBIN GPU这类带铜盖的芯片上使用时，石墨烯垫片属于TIM2应用；而在NVIDIA RUBIN CPU这类不带铜盖的裸Die芯片上使用时，则属于TIM1.5应用。

石墨烯导热垫片未来是否有可能进入TIM1市场？

目前石墨烯导热垫片尚未进入TIM1市场。TIM1属于芯片封装材料，其采购和应用由芯片封装厂主导，且目前国内没有一家TIM材料厂商能够进入该领域。当前TIM1市场主要由两大类材料主导：导热硅脂和金属基焊料，国内尚不具备生产能力。虽然有将石墨烯导热垫片推广至TIM1应用的尝试，但芯片封装厂的测试和导入周期极为漫长。此外，从大功率芯片的发展趋势来看，未来可能会越来越多地采用无铜盖设计，这将使得TIM1材料本身不再被需要，所有应用都将归为TIM1.5。因此，石墨烯导热垫片未来能否进入TIM1市场，其影响并不大，无需过度关注。

请详细说明在Rubin项目中，单个机柜和未来市场的整体价值？

TIM材料主要有两种计价方式。硅脂和凝胶等固液混合物通常按重量计价，例如每千克价格为2000至3,000元，单颗芯片的用量约为零点几克，据此计算单片成本。相变片和石墨烯垫片则按面积计价，目前石墨烯垫片的价格约为每平方米3万至5万元。

具体到Rubin项目，其GPU尺寸较大，约为70mm x 60mm，使用石墨烯垫片的单片价值约130至140元。CPU尺寸较小，约为50mm x 40mm，单片价值约70至80元。Rubin项目主要供应这两种规格的垫片。

以NV72机柜为例，其标准配置包含72个GPU和36个CPU，共计108颗芯片。若以平均每片100元估算，单个机柜的TIM材料价值约为12,000至13,000元人民币。展望2027年，如果机柜出货量达到5至6万个，对应芯片需求约为600万颗；若出货量达到10万个，则对应1,000万颗芯片。基于此测算，2027年该市场的潜在容量可达10亿至12亿元人民币。

DPC陶瓷基板或金刚石铜等材料与TIM材料之间是否存在竞争或替代关系？

DPC陶瓷基板、金刚石铜或金刚石衬底等材料，虽然也属于散热系统的一部分，但其定位更偏向于散热器本身，与TIM材料不属于同一范畴，二者之间不存在冲突或替代关系。TIM材料的核心功能是填充芯片与散热器之间的微小间隙。因此，无论散热系统采用的是陶瓷基板还是金刚石铜，仍然需要使用TIM材料来确保热量有效传导。

公司向客户交付石墨烯垫片产品的具体形式是怎样的？是提供标准尺寸的原材料还是定制化的解决方案？

向客户交付的是可以直接在产线上使用的定制化产品。具体流程是，客户提供所需垫片的规格，根据该规格进行精确裁剪。由于石墨烯垫片容易掉屑且碎屑导电，还需要对垫片边缘进行包边和绝缘化处理，以防止掉屑。处理完成后，产品将以单片形式进行包装，直接交付给代工厂的自动化产线进行装配。因此，下游代工厂无需再进行任何额外工序，这可以被视为一种解决方案。

在产品规格的确定过程中，客户主要会考虑哪些因素？

客户在确定最终产品规格时，会进行多方面的测试和评估。首先，提供不同导热系数的石墨烯垫片供客户选择，例如90W/m·K、100W/m·K或130W/m·K等更高规格的产品。其次，客户会根据其芯片与散热器的装配公差及装配压力，计算出需要填充的间隙大小。例如，若计算出的间隙为0.2mm，考虑到石墨烯垫片通常需要压缩50%以达到最佳性能，客户可能会选择0.4mm厚度的垫片。客户会测试多种厚度（如0.3mm、0.4mm、0.5mm）的样品，结合其具体的装配公差和应力条件，最终选定效果最佳的一款规格进行采购。

随着未来芯片（如Rubin Ultra）功耗和功率密度的提升，对石墨烯垫片的尺寸和规格会产生怎样的影响？其单片价值是否会相应提高？

未来芯片功率提升不一定意味着封装面积会同步增大，也可能通过提升工艺（如从3纳米到2纳米）来提高功率密度，从而保持面积不变。产品的价格主要与面积和导热规格两个因素相关。如果未来Rubin Ultra在面积不变的情况下，选用了更高导热系数的规格（例如170W/m·K），理论上价格会更贵。

然而，考虑到客户的体量和采购金额巨大，也存在“加量不加价”的可能性。可以确定的是，未来的产品价格体系会维持在当前水平，至少不会比现在的价格更低。

请问公司应用于GPU和CPU的纯石墨烯垫片的毛利和净利润水平大概是多少？

无法对单一客户或单一产品的净利润和毛利润进行精确统计。原材料是100x100mm的规格，例如为GPU客户提供的产品尺寸为70x60mm，是从原材料中裁剪出来的，剩余的材料可以用于其他客户，这使得成本难以精确分摊。不过，可以从公司整体的财务数据进行推断。公司2025年及2026年上半年的整体净利润率均在40%左右。公司产品线中，屏蔽材料、吸波材料等传统产品的净利润率低于10%，而硅脂、凝胶等常规导热材料的净利润率也低于20%。

除了石墨烯垫片，公司还有哪些其他产品导入了NVIDIA的供应链体系？

在石墨烯垫片之前，公司于2025年下半年有一笔亿元级别的金属碳基复合垫片订单。该产品应用于芯片测试场景，最终用户是NVIDIA，但并非由NVIDIA直接采购。具体应用流程是，芯片在台积电、日月光等厂商封装完毕后，需要进行功能测试。在测试环节，该垫片作为一种耗材，贴在测试设备冷板的凸台上，用于同时对多颗（例如十颗）芯片进行通电测试，测试通过后再换下一批。这是一款具有竞争力的产品。

公司是否与Google、Meta等其他正在自研芯片的厂商有接触？

在2026年之前没有与这些客户接触，这些需求是近期才出现的。由于AI算力与电力消耗密切相关，这些厂商开发的异构芯片因去除了历史包袱，在同等功耗下能释放更大算力而受到关注。由于此前没有接触，意味着他们今明两年（2026-2027年）的产品不会使用公司的材料。同时，他们前几代芯片的功耗相较于NVIDIA和AMD要低，因此对这类高性能导热材料的需求可能不那么迫切。预计到后年或其下下一代产品，他们才有可能选用此类方案。但届时市场竞争将更加激烈。

公司石墨烯产品的上游原材料主要有哪些，北交所的金戈新材是否是供应商？

金戈新材主要供应氧化铝、氮化铝等粉体，这些主要用于公司的传统导热材料部分。传统材料的年销售额大约为1亿元，只有这部分业务会用到这类粉体。并且，对于一些高端应用，可能仍需使用进口粉体，因此其供应的稀缺性不大。石墨烯产品的主要原料是从莫瑞公司采购的，此外还包括一些胶粘剂，这些上游材料的投资价值相对有限。