机械行业研究：石墨烯TIM下一代散热材料迎来产业化拐点

内容目录一、AI力动热，高能TIM为片键材料 4TIM接片散系统材性决高率芯散效率 4片耗先封升级动TIM向导、高靠向进 6二、基TIM启料级，墨导垫迎产业机遇 9墨烯TIM兼高散热界适，配AI芯片热级求 9墨烯TIM技持迭代垂取推高能导垫产化 11功芯应持拓展石烯TIM场间广泛 13三、际头导端场，基线启产围窗口 15球TIM国巨引领国厂立国、沿基线围端 15墨导垫具性能量与户证重壁，发业位势显著 17四、资议 20五、险示 21图表目录图表1：填充TIM前件界接的观意图 4图表2：芯封的与无结构 4图表3：TIM1、TIM1.5及TIM2应位示意 5图表4：相热面的导增及形善略 5图表5：主界材绍 5图表6：AI力务耗持提升 7图表7：英达颗GPU功耗续升 7图表8：高率GPU热点流度著于他区域 7图表9：芯结升电子件效加上升 7图表10：芯封逐由传封向FC、WLP2.5D/3D先封工代 8图表11：2.5D/3D封续大化封翘问进一加剧 8图表12：常见TIM材产品物特性 9图表13：常高热料及导率 9图表14：石烯过向排及维络建续导通路 10图表15：石烯热片高弹可收板芯片散器曲变 10图表16：石烯TIM经500冷循后阻稳定固结降泵风险 11图表17：石烯体充聚物制流及部结构 11图表18：石烯沫建三导网，高合物合料热能 12图表19：石烯水排列为直向提厚度向热力 12图表20：石烯热片已入片热际用场景 13图表21：AI础施资快增，2029年突破1万美元 13图表22：全球AI服出货快增，开性能热求 14图表23：石烯热片典应场景 14图表24：2025-2031球TIM市模CAGR为10.7 15图表25：2024年球TIM市主厂份额 15图表26：2025年国TIM市主厂份额 16图表27：TIM三技线主玩及争局 16图表28：热理料业主公技路及品进展 16图表29：鸿诚墨导热片纵连、导热低度墨构成 17图表30：石烯热片生工流程 18图表31：石烯热片主厂产性对比 18图表32：鸿诚要管理料客储及入进度 18图表33：鸿诚基热垫快放量 19图表34：鸿诚利力优同可公司 20图表35：国厂石烯/基TIM局展 20图表36：建关公司 20一、AI算力推动散热升级，高性能TIM成为芯片关键材料TIM热界面材料（TIM）是连接芯片与散热器的关键一层。TIM图表1：填充TIM前后器件界面接触的微观示意图来源：《微电子封装用芯片散热界面材料研究进展按是否带有金属盖板，封装可分为带盖与无盖两种架构。带盖封装中，热量沿"芯片—TIM1——TIM2——TIM1.5—AI图表2：芯片封装的带盖与无盖结构来源：《先进封装热界面材料的发展现况与趋势不同应用位置对TIM的导热性能、绝缘性及柔软性要求存在差异：TIM2TIM1液态金属或取向石墨烯导热垫片等。图表3：TIM1、TIM1.5及TIM2的应用位置示意来源：IndiumCorporation官网TIM图表4：相变热界面材料的导热增强及定形改善策略来源：《相变热界面材料导热增强及定形改善的研究进展按照主要材料体系及导热结构，TIM可分为高分子基、金属基和碳基三大技术路线：金属基图表5：主要界面材料介绍类别简要介绍 优势 劣势又称导热硅胶片、导热硅胶垫、电绝缘导热片导热垫片能够满足设备小型化、超薄化的随着时间的推移和温度的升高，发热元导热垫片

或软性散热垫等，通常是以硅橡胶为高分子设计要求，是具有良好的工艺性和使用性器件热量逐渐积累，导热垫片会发生蠕类别 简要介绍 优势 劣势用于填充发热元器件和散热片或金属底座之额。间的空隙，完成两者之间的热传递，同时起到减震、绝缘、密封等作用。阻为0.2～1.0K·cm²/W

导热膏对产生热量的电子元器件和电子

导热膏具有流动性，在应用的过程中容易溢出工作区域污染电子元器件，且不两个固体表面间形成一层很薄的膜，能极大地降低两个异质表面间的界面热阻。

易清洁；在多次温度循环后基体材料容易出现分离，出现“溢油”现象，易随时间干涸等。导热凝胶

又称导热弹性胶，是一种凝胶状的导热材料，导热凝胶具有良好的弹性和变形性，在施通常是在具有较好弹性或塑性的基体（导热相变材料

胶以及导电导热凝胶。利用固为薄膜片状固态，在超过一定温度时会吸热传热，当温度下降后，恢复为固态。液态金属导热材料是一类在常温或略高温度

热点。性能以及灵活精准的控温功能而受到了热管理方面的较大关注。

导热相变材料本身拥有非常好的热能转化能力但导热能力却有所缺乏，所以热的填料制备复合导热相变材料以填补其短板，使其能够实现高效的热传以及氮化锌等。（材料 等凭借其独特的物理化学性质在高端热领域具备一定应用场景。焊接（料）低界面热阻以石墨烯为主要导热材料，通常采用树脂等石墨烯导聚合物作为基体，通过取向排列构建厚度方热垫片向的导热通路，形成柔性片状热界面材料，主要用于芯片与散热器之间的热量传递。

够解决极端散热需求，尤其在高端电子、航空航天领域。融后能与芯片金属化层和散热片形成接近连续的金属热传通道，适用于高流密度、薄键合线及低热阻场景。芯片翘曲及装配间隙。

电风险、腐蚀性及成本问题系其主要劣势。阻受界面反应影响；需回流焊工艺装配，工艺窗口要求较高石墨烯导热性能具有方向性，普通水平排列结构的纵向导热能力较弱；高性能产品需要通过取向工艺改善纵向传热，同时控制材料柔软性及界面接触热阻。来源：鸿富诚招股说明书，IndiumCorporation官网，国家仪器科技研究中心TIMAIGPUTIMAIDGXA100、DGXB200DGXRubinNVL86.514.324kW，RubinA1003.7GPUA100400WHGXB200GPU1400W，A1003.5TIM向高导热、低热阻及高可靠性方向升级。图表6：AI算力服务器功耗持续升 图表7：英伟达单颗GPU功耗持提升单台服务器功耗（kW）24.014.324.014.315.010.210.26.52520151050DGXA100DGXH100DGXH200DGXB200DGXB300DGXRubin

10

单颗芯片功耗(KW)1.41.110.70.70.4A10080GBH100SXMH200SXM1.41.110.70.70.4

GB300NVL8

SXM

SXM6AC来源英达网 来源：英达网GPU图表8：高功率GPU局部热点热流密度显著高于其他区域图表9：芯片结温升高，电子器件失效率加速上升来源：FroreSystems 来源：TexasInstruments（州器2.5D/3DAI2.5D/3DHBMI/O图表10：芯片封装逐步由传统封装向FC、WLP、2.5D/3D等先进封装工艺迭代来源：佰维存储招股说明书TIMTIM图表11：2.5D/3D封装持续大型化，封装翘曲问题进一步加剧来源：住友电工公司官网TIMTIMW/(m·K8.5W/(m·K)。，TIMTIMTIMTIM20-80W/(m·KTIMAITIM可靠性的综合要求，新型碳基TIM的材料优势进一步凸显。图表12：常见TIM材料产品的物理特性TIMs类别/(·K)粘结层厚度mm1⁻K·m/W导热硅脂1-50.05-0.1010-200导热凝胶1-3.50.05-0.2540-80导热胶1-20.05-0.1015-100导热相变材料1-50.02-0.2530-70导热胶带0.5-20.05-0.2515-100导热垫片1-6.50.25-5100-300低熔点焊料20-800.025-0.2＜5碳基TIMs1000-1500(面内）0.05-0.5-来源：《微电子封装用芯片散热界面材料研究进展》，《微电子封装热界面材料研究综述二、碳基TIM开启材料升级，石墨烯导热垫片迎来产业化机遇TIMAITIM0.335nm300(mK0-图表13：常用高导热填料及热导率材料热导率/W·m⁻¹·K⁻¹材料热导率/W·m⁻¹·K⁻¹氧化铝20~30金刚石2000氮化硼185~300石墨100~400氮化铝150~220石墨烯>2000铜398碳化硅80~120铝315碳纤维400~700银417碳纳米管3000镍158来源：《相变热界面材料导热增强及定形改善的研究进展TIMW/(m·K)90-200W/(m·K130W/(m·K)TIM图表14：石墨烯通过取向排列及三维网络构建连续导热通路来源：《ThermalConductivityofGraphene-PolymerCompositesMechanisms,Properties,andApplicationsTIMTIMAITIM图表15：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来源：鸿富诚官网TIMTIM20125500体现出较好的热机械稳定性。图表16：石墨烯TIM经500次冷热循环后热阻保持稳定，固态结构降低泵出风险HighlyThermalConductiveandElectricallyInsulatedGrapheneBasedThermalInterfaceMaterialwithLong-TermReliabilityTIMTIMTIM建连续导热网络”和“控制石墨烯取向方向”升级，最终形成兼顾高导热、低热阻及柔软回弹的石墨烯导热垫片。TIMTIM图表17：石墨烯粉体填充聚合物的制备流程及内部结构来源：《Next-GenerationSmartCarbon–PolymerNanocomposites:AdvancesinSensingandActuationTechnologiesTIM/PDMS0.420.28W/(m·K)50图表18：石墨烯泡沫构建三维导热网络，提高聚合物复合材料导热性能EfficientPreconstructionofThree-DimensionalGrapheneNetworksforThermallyConductivePolymerCompositesImprovedThermalPropertiesofThree-DimensionalGrapheneNetworkFilledPolymerCompositesTIMTIMTIM等效热导率达到75.5W/(m·K)，而水平排列结构仅为1.39W/(m·K)，TIM511图表19：石墨烯由水平排列转为垂直取向，提高厚度方向导热能力来源：GeorgiaTechTIMAIAITIM图表20：石墨烯导热垫片已进入芯片散热实际应用场景来源：鸿富诚公司官网TIMAI基础设施投资快速增长，为高性能热管理材料提供长期需求驱动力。AIIDCAI202415302025318020291图表21：AI基础设施投资快速增长，2029年有望突破1万亿美元全球AI基础设施投资（亿美元）10000CAGR10000CAGR＞33.2%3180153010000800060004000200002024

2025

2029E来源：IDCTIMAIAI20210.7万增至2024的约2.0万，计2030将一增约6.5百万，2025-2030年CAGR为21.2。AIGPUASICTIM图表22：全球AI服务器出货量快速增长，打开高性能散热需求全球AI服务器市场出货量（百万台）6.55.46.55.44.43.73.12.52.01.41.00.765432102021 2022 2023 2024 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E来源：弗若斯特沙利文TIMAIGPUAIGPUASICCPU1.6TTIM图表23：石墨烯导热垫片典型应用场景来源：鸿富诚官网TIMTIMQYResearchTIM20.1203141.52025-203110.7AITIMTIM图表24：2025-2031年全球TIM市场规模CAGR为10.70

销售额(百美) YoY011.84,148.03,781.93,449.623.3%011.84,148.03,781.93,449.623.3%3,146.62,831.919.0%2,530.12,2, 14.41,628.81,758.412.51,369.211.911.11,9.6%9.60.0%110.58.0%11.8%%248.5%%%%

30%25%20%15%%5%0%来源：鸿富诚招股说明书三、国际巨头主导高端市场，碳基路线开启国产突围窗口3.1全球TIM由国际巨头引领，国产厂商立足国内、沿碳基路线突围高端QYResearch的市率列一陶化学德汉分以6.5市率列二、三。图表25：2024年全球TIM市场主要厂商份额杜邦 陶氏 汉高 中科技 飞达 鸿诚 其他11.5%6.5%11.5%6.5%6.1%2.8%69.5%2.3%1.4%来源鸿诚股明书 注杜邦电业为Qnity13.19.5的市份位第，泉新、3M司及富分以7.6、6.7及5.4的市份位第至六，六AI提升。图表26：2025年中国TIM市场主要厂商份额飞达 汉高 中科技 思新材 3M 鸿诚 其他13.1%9.5%13.1%9.5%49.1%8.6%7.6%6.7%5.4%来源：鸿富诚招股说明书TIMTIM局实现主导：TIMTIM60Resonac（（率图表27：TIM三大技术路线主要玩家及竞争格局技术路线代表产品技术路线代表产品国际主要厂商国内主要厂商竞争格局特征导热硅脂、导热凝胶、相变杜邦、汉高、信越化学、飞荣达、中石科技、苏州寡头垄断，国际巨头主导高端市场，

材料、导热垫片

陶氏、派克·汉尼汾

天脉、鸿富诚

本土企业以价格和服务优势追赶金属基

液态金属、铟片、低熔点焊铟泰（Idim、信越、汉云南中宣、中材盛特、料 高 波施捷、泰吉诺、鸿富

TIM领碳纤维垫片日企先发、国产已突破；碳纤维导热垫片、石墨烯导积水保力马、迪睿合、碳基

中石科技、鸿富诚、阿莱

石墨烯垫片量产厂商极少，先发优势热垫片

Resonac 德显著来源：鸿富诚审核问询函回复SMARTHIGHTECHResonac图表28：热管理材料行业主要公司技术路线及产品进展公司 基材分类 技术方向 相关产品及进展 主要技术指标供应进展TPCM™7000导热相变材料、杜邦 高分子基

AI芯片封装散热与EMI抑制一体化有机硅与碳纳米管复

Tflex™SF10无硅TIM、Tgel™600CarbiceSW-90、

7.5-10W/m·K 已稳定供货热阻低至陶氏化学 高分子基

合TIM 90

0.13cm²·K/W（30psi）

2026年初稳定供货公司 基材分类 技术方向 相关产品及进展 主要技术指标 供应进展相变材料2025年底德国汉高 高分子基中石科技 高分子基铟泰 金属基Resonac（原昭

AI模块高性能TIMAI模块散热模组及材料电子组装与半导体封装金属基材料

MicroTIM涂层、高导热相变材料、LoctiteTCF1400112W/m·K低挥发单组分凝胶、7W/m·K超软导热垫片Heat-Spring®HSx，适配翘曲超200微米大尺寸芯片粉体取向碳基垫片，组装封装导热

8.5-14.5W/m·K7-12W/m·K16W/m·K（20psi）

起供货，TCF14001已商业化落地新产品均为2025年推出2025年3月展出和电工）

碳基 石墨粉体垂直取向磁屏蔽、导热、防护

系数25-45W/m·K20259

90W/m·K以下 已有批量供货暂无公开批量出货信飞荣达 碳基SMARTHIGH碳基TECH

功能整体方案专注石墨烯导热垫片技术

垫片GT200（2024年、GT300（20261月）

120W/m·K100-300W/m·K

息息鸿富诚

碳基 石墨烯膜垂直取向 垂直取向石墨烯导热垫片 130W/m·K 量产供应全球AI芯片头部客户，应用于芯金属基 液态金属及碳基复合 液态金属材料、金属碳基复合材料80W/m·K片装机来源：鸿富诚审核问询函回复3.2石墨烯导热垫片具备性能、量产与客户认证三重壁垒，先发企业卡位优势显著CoWoS图表29：鸿富诚石墨烯导热垫片由纵向连续、高导热、低密度石墨烯构成来源：鸿富诚公司官网AI1-2图表30：石墨烯导热垫片生成工艺流程来源：鸿富诚招股说明书AI130W/(m·K50AI图表31：石墨烯导热垫片主要厂商产品性能对比导热系数热阻 静态应力（psi， 持续工作温度公司厚度（mm）回弹率（W/·）（℃·m/W）压缩50）（℃）鸿富诚1300.04-0.060.330-50≥70-40~150富烯科技≥900.10.1-1.0未披露未披露-55~150Resonac90未披露0.15-2.0未披露未披露未披露SMARTHIGHTECH2000.030.2±0.01101.85±7.28＞70-40~200飞荣达1200.050.15-1.050psi30未披露-50~150博恩新材料1300.0550.377.72≥70未披露傲川科技130未披露0.3未披露未披露-40~150来源：鸿富诚审核问询函回复AIBAIDAIC客户类型客户数量客户类型客户数量进度ICT产业链细分龙头3技术评估智能驾驶产业链龙头2技术评估全球芯片制造龙头1技术评估AI芯片龙头2样品测试智能驾驶产业链龙头1现场审厂全球云服务商龙头1现场审厂封测行业前102纳入合格供应商名录客户类型客户数量进度ICT产业链细分龙头1纳入合格供应商名录智能驾驶产业链龙头1纳入合格供应商名录全球功率半导体龙头1纳入合格供应商名录ICT产业链细分龙头3小批量订单与交付AI芯片龙头1小批量订单与交付封测行业前101小批量订单与交付光伏产业链龙头1小批量订单与交付来源鸿诚核询回复 注:至2026年3月31日；计为2025年实收或收于100万的开主管理料户2023-20253,561.025,226.62024年、2025同速分达138.2197.4，连两高增，比由13.8升至35.8，成第大AI图表33：鸿富诚碳基导热垫片快速放量碳基导热垫片（万元)25,226.68,483.825,226.68,483.83,561.025,00020,00015,00010,0005,00002023

2024

2025来源：鸿富诚招股说明书鸿富诚毛率净率著领同。2025鸿诚毛率65.6、非归母率37.4显高于石AI图表34：鸿富诚盈利能力优于同业可比公司毛率 扣后母利率65.650.736.365.650.736.337.137.937.427.519.518.618.213.314.44.96.4605040