一、引言

隨著科技的飛速發展，高功率大尺寸芯片在數據中心、人工智能、高性能計算等領域的應用日益廣泛。然而，這類芯片的高功耗和物理尺寸的擴展帶來了嚴重的散熱問題。據研究，芯片溫度每升高10℃，其可靠性可能降低約50%。因此，高效散熱技術對于維持高功率大尺寸芯片的穩定、高效運行至關重要。近年來，石墨烯導熱墊片作為一種新興的散熱技術，正逐漸嶄露頭角，為解決這一難題提供了新的思路。

二、高功率大尺寸芯片散熱難題

隨著DeepSeek等大模型推開AI技術應用的大門，以高算力AI芯片為核心的數據中心建設迎來了高速發展。AI芯片功耗的指數級增長與物理尺寸的線性擴展形成顯著矛盾，直接導致功率密度大幅度提升。以H100芯片為例，其最大功耗可達700W，芯片尺寸814mm2。長時間高功率運轉發熱引發的芯片翹曲問題越發嚴重，隨著功耗的繼續增加和芯片尺寸的繼續增大，傳統熱界面材料體系已經難以承受。

傳統熱界面材料如硅脂、相變導熱材料、銦片等，雖然能夠滿足低BLT（Bond Line Thickness，即熱界面材料厚度）和低熱阻的要求，但在面對材料熱膨脹系數（CTE）失配引發的結構形變時卻顯得力不從心。當系統持續高功率運行時，基板、芯片和散熱器因CTE的差異會產生0.1-0.3mm的翹曲。這種動態形變不僅會降低TIM（Thermal Interface Material，即熱界面材料）材料的熱傳導效率，更會引發界面材料的“泵出效應”（Pump-out phenomenon）。該效應強度與封裝尺寸呈正相關性，在1000mm2級以上封裝中其破壞性遠遠大于小尺寸封裝，直接威脅產品的可靠性壽命。

三、石墨烯導熱墊片的崛起

石墨烯作為一種由碳原子組成的二維材料，具有極高的導熱系數和優異的機械性能。單層石墨烯的理論導熱系數可達5300W/mK，是目前為止導熱系數最高的材料之一。同時，石墨烯還具備出色的柔韌性和強度，比鉆石還堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。這些獨特的性能使得石墨烯在散熱領域具有巨大的應用潛力。

近年來，隨著石墨烯制備技術和取向工藝的不斷發展，石墨烯導熱墊片應運而生。以鴻富誠為例，該公司在2018年已有開發取向碳纖維導熱墊片的成功經驗基礎上，通過取向工藝成功的進一步開發出縱向石墨烯導熱墊片，成功破解了高功率大尺寸芯片散熱難題。

四、石墨烯導熱墊片的技術優勢

1. 低BLT難題的解決

通過超薄工藝制程，石墨烯導熱墊片最大可搭配70%使用壓縮量，芯片封裝TIM場景BLT可達0.1mm。這一性能遠超傳統熱界面材料，有效降低了熱阻，提高了散熱效率。

1. 低熱阻難題的攻克

單層石墨烯的理論導熱系數可達5300W/mK，通過取向工藝后，施加合適的封裝壓力，石墨烯導熱墊片的熱阻低至0.04℃cm2/W。這一性能使得石墨烯導熱墊片在高功率大尺寸芯片的散熱中表現出色，能夠快速將芯片產生的熱量導出。

1. 大尺寸翹曲難題的應對

石墨烯導熱墊片通過內部多孔結構，能夠快速適應界面局部形變。防止材料從界面被擠出，杜絕界面空隙產生，完美吸收翹曲位移，保證長期使用可靠性。這一性能對于解決高功率大尺寸芯片因CTE失配引發的翹曲問題具有重要意義。

1. 高可靠性的保障

石墨烯導熱墊片分別通過鴻富誠內部CNAS認可實驗室及量產客戶實驗室嚴苛的1000h高溫、高低溫沖擊、雙85老化測試，熱阻變化率均小于5%。這一性能顯著優于常規熱界面材料，為產品的長期穩定運行提供了有力保障。

1. 高品質批量化商用的實現

鴻富誠縱向石墨烯導熱墊片積累多年芯片散熱應用經驗，已實現自動化產線和量產交付。產品品質獲得國內外多家芯片行業龍頭企業認可并獲得“質量優秀協作獎”。這一成就標志著石墨烯導熱墊片已經具備了大規模商用的條件。

五、石墨烯導熱墊片與傳統熱界面材料的對比

與傳統熱界面材料如導熱硅脂、銦片等相比，石墨烯導熱墊片具有顯著的性能和工藝優勢。

1. 與導熱硅脂的對比

石墨烯導熱墊片沒有蠕變和泵出風險，高彈性貼合應對大尺寸芯片翹曲問題。熱界面規則完整，熱量傳導均勻無熱點。長時間高溫運行不會變干，長周期老化熱阻更穩定。硅氧烷含量極低，可滿足低揮發要求的芯片散熱應用場景。此外，石墨烯導熱墊片的使用也更加便捷，無需涂抹硅脂的繁瑣步驟，大大提高了安裝效率。

1. 與銦片的對比

銦片現有封裝工藝需在芯片/Lid鍍金，貼裝需要flux spray和真空回流焊，工藝復雜且容易產生Void偏大、熔化回流污染、圍堵失效等問題。而石墨烯導熱墊片工藝簡單，可實現自動化貼裝，不需要繁雜的工藝，大大節省封裝時間和設備投入成本。

六、石墨烯導熱墊片的應用場景

石墨烯導熱墊片憑借其出色的散熱性能和便捷的使用方式，在多個領域得到了廣泛應用。

1. AI算力等高功率芯片

在AI算力等高功率芯片領域，石墨烯導熱墊片能夠快速將芯片產生的熱量導出，確保芯片的穩定、高效運行。這對于提高AI模型的訓練速度和準確性具有重要意義。

1. 智駕域控制器

在智駕域控制器等汽車電子領域，石墨烯導熱墊片能夠確保電子元件在高溫環境下的穩定運行，提高汽車的安全性和可靠性。

1. 高性能游戲顯卡

在高性能游戲顯卡領域，石墨烯導熱墊片能夠解決顯卡因高功率運行而產生的散熱問題，提高顯卡的穩定性和使用壽命。

七、石墨烯導熱墊片的未來展望

隨著科技的不斷發展，石墨烯導熱墊片在散熱領域的應用前景將更加廣闊。一方面，隨著石墨烯制備技術和取向工藝的不斷進步，石墨烯導熱墊片的性能將進一步提升，滿足更高功率、更大尺寸芯片的散熱需求。另一方面，隨著自動化產線和量產交付技術的不斷成熟，石墨烯導熱墊片的成本將進一步降低，實現更廣泛的應用。

此外，石墨烯導熱墊片還可以與其他散熱技術相結合，形成更加高效、可靠的散熱解決方案。例如，將石墨烯導熱墊片與液冷技術相結合，可以進一步提高散熱效率，滿足高性能計算設備的散熱需求。

八、案例分析：鴻富誠縱向石墨烯導熱墊片

鴻富誠作為國內熱界面材料取向工藝研究與商業化推進的領跑企業，其開發的縱向石墨烯導熱墊片在高功率大尺寸芯片的散熱中表現出色。

1. 技術創新

鴻富誠通過取向工藝成功開發出縱向石墨烯導熱墊片，解決了高功率大尺寸芯片散熱難題。這一創新成果不僅填補了國內在該領域的空白，也為全球散熱技術的發展做出了重要貢獻。

1. 品質保障

鴻富誠縱向石墨烯導熱墊片已經實現了自動化產線和量產交付，產品品質獲得國內外多家芯片行業龍頭企業認可并獲得“質量優秀協作獎”。這一成就標志著鴻富誠在石墨烯導熱墊片領域已經具備了領先的技術實力和生產能力。

1. 市場應用

鴻富誠縱向石墨烯導熱墊片已經廣泛應用于AI算力等高功率芯片、智駕域控制器、高性能游戲顯卡等領域。其出色的散熱性能和便捷的使用方式得到了用戶的一致好評。

九、結語

石墨烯導熱墊片作為一種新興的散熱技術，正逐漸在高功率大尺寸芯片的散熱中嶄露頭角。憑借其出色的導熱性能、高可靠性、便捷的使用方式以及廣泛的應用前景，石墨烯導熱墊片有望成為未來散熱技術的主流方向。隨著科技的不斷發展，相信石墨烯導熱墊片將在更多領域得到應用，為人類的科技進步和社會發展做出更大的貢獻。

十、石墨烯導熱墊片的進一步探討

盡管石墨烯導熱墊片在高功率大尺寸芯片的散熱中表現出色，但其發展仍面臨一些挑戰和問題。以下是對石墨烯導熱墊片進一步探討的幾個方面：

1. 材料成本問題

目前，石墨烯的制備成本仍然較高，這限制了石墨烯導熱墊片的大規模應用。未來，隨著石墨烯制備技術的不斷進步和成本的降低，石墨烯導熱墊片的成本問題有望得到解決。

1. 標準化與兼容性

由于石墨烯導熱墊片是一種新興的散熱技術，其標準化和兼容性問題仍需進一步探討。未來，需要制定統一的標準和規范，確保石墨烯導熱墊片與其他散熱組件的兼容性和互換性。

1. 環保與可持續性

在環保和可持續性方面，石墨烯導熱墊片也需要進一步考慮。未來，需要開發更加環保、可持續的石墨烯制備技術和生產工藝，降低對環境的影響。

1. 性能優化與提升

盡管石墨烯導熱墊片已經具備出色的散熱性能，但仍有進一步提升的空間。未來，可以通過優化石墨烯的取向工藝、改進墊片的結構設計等方式，進一步提高石墨烯導熱墊片的導熱系數和可靠性。

1. 跨學科融合與創新

石墨烯導熱墊片的發展還需要跨學科融合與創新。未來，可以與其他學科如材料科學、熱學、電子學等進行深度融合，開發出更加高效、可靠的散熱解決方案。例如，將石墨烯導熱墊片與智能傳感器、控制系統等相結合，實現散熱系統的智能化和自動化控制。

十一、總結

石墨烯導熱墊片作為一種新興的散熱技術，憑借其出色的導熱性能、高可靠性、便捷的使用方式以及廣泛的應用前景，正在逐漸破解高功率大尺寸芯片的散熱難題。通過案例分析可以看出，鴻富誠縱向石墨烯導熱墊片已經在這一領域取得了顯著的成果。然而，石墨烯導熱