AI芯片时代的散热革命：石墨烯导热片全面破解高功率芯片散热难题

高算力时代的挑战：AI芯片散热问题迫在眉睫

随着AI技术的快速发展，以DeepSeek等大模型为代表的AI应用正在广泛铺开，与之相伴的是数据中心建设的高速扩张。作为数据中心核心的AI芯片，其算力需求和功耗正在以指数级增长。例如，NVIDIA最新的H100芯片，其功耗高达700W，芯片面积为814mm²。这种高功耗和大尺寸芯片的结合使得功率密度持续攀升，带来了严重的热管理难题。

芯片长时间在高功率条件下运行会产生大量热量，导致温度迅速升高，不仅影响性能，还威胁芯片的稳定性。据研究表明，芯片温度每升高10℃，其可靠性可能降低约50%。如何通过高效的散热方案解决芯片翘曲、热膨胀和热传导效率等问题，已成为保障AI芯片长期稳定运行的关键。

热管理新趋势：热界面材料的功能化分层

在芯片的散热结构设计中，热界面材料（TIM）起到桥接热源与散热器的重要作用，针对不同层级需求被划分为以下几类：

TIM1：芯片与封装盖（Lid）之间的热界面材料。

TIM1.5：裸芯片与散热器直接连接的热界面材料。

TIM2：封装盖与散热器之间的热界面材料。

以TIM1场景为例，传统的硅脂、相变导热材料和铟片能够满足低厚度（≤0.3mm）和低热阻（≤0.1℃·cm²/W）的基本需求。然而，随着高功耗芯片的尺寸增大，封装组件因热膨胀系数（CTE）差异产生的翘曲问题变得愈发严重。这种动态形变导致了热界面材料“泵出效应”（Pump-out phenomenon），不仅削弱了散热效果，还大幅缩短了芯片寿命。

石墨烯导热垫片：革新热管理的解决方案1.超薄工艺攻克低厚度挑战

通过先进的制程工艺，石墨烯导热垫片的厚度可压缩至0.1mm，同时保持高效导热性能。其可实现70%的使用压缩量，适配不同芯片封装场景。

2.石墨烯导热特性突破低热阻瓶颈

单层石墨烯的理论导热系数可达5300W/mK，经过取向工艺处理的石墨烯垫片可在适当压力下展现优异的导热性能，热阻低至0.04℃·cm²/W，远优于传统热界面材料。

3.吸收翘曲形变，稳定热界面

石墨烯垫片内部设计了多孔结构，能够快速适应因CTE失配引起的界面局部形变，有效防止材料泵出及空隙产生，同时吸收翘曲位移，确保长期使用的可靠性。

4.高可靠性验证

石墨烯导热垫片在经过1000小时高温、高低温冲击及双85老化测试后，热阻变化率低于5%，表现出显著的稳定性和可靠性。

性能对比：石墨烯垫片 vs. 传统材料相较于导热硅脂

石墨烯垫片无蠕变和泵出效应，高弹性确保大尺寸芯片翘曲形变的适配能力。

不会因长时间高温运行变干，长期老化热阻更稳定。

硅氧烷含量极低，满足高端芯片的低挥发需求。

相较于铟片

石墨烯垫片支持自动化贴装，无需复杂工艺，显著节省封装成本和时间。

避免铟片封装中因镀金、真空回流焊等步骤引发的空隙、污染和失效问题。

展望未来：推动高功耗芯片稳定运行

纵向石墨烯导热垫片以其低热阻、低厚度、高适配性和高可靠性等特点，为高功率、大尺寸AI芯片的热管理问题提供了完美解决方案。在AI芯片功耗和尺寸不断增长的趋势下，这一创新技术有望为AI技术的稳定发展提供有力支持，并助力行业实现更高效、更可靠的芯片散热管理。