TIM導熱介面材料

定義

TIM（Thermal Interface Material，導熱介面材料）用來填補兩個固體表面之間的微小空隙，排除空氣層並降低熱接觸阻抗。AI GPU / ASIC 功耗進入千瓦級後，TIM 不只是「導熱膏」，而是封裝、液冷、材料、表面處理與自動化貼合共同決定的熱路徑。

TIM1 vs TIM2

材料類型

銦片兩種使用模式：焊接式 sTIM vs 壓合式（2026-07-22 查證）

銦片不是只有一種用法，焊接與壓合是兩條不同的工程路線，判讀設備 / 鍍層 / 表面處理供應鏈時需先確認是哪一種：

• 兩種模式都可做 TIM1：Indium Corp 官網 sTIM 產品線明寫「TIM1 and TIM1.5 sTIM solutions」（reflow 路線）；Heat-Spring 亦有「ultra-low thermal resistance, no-reflow as TIM1」規格書（壓合路線）。「可拆 = 一定壓合、焊接 = 只能 TIM1」的直覺不成立，TIM1.5 也有 reflow 方案。
• 對設備判讀的含義：焊接路線 reflow 前仍需點膠（助焊劑）、銦片精準置片、Lid 置放與治具夾持加壓進爐——貼合壓合設備與 reflow 是上下游關係，不是替代關係。7751_竑騰（櫃）銦片設備強調精度 / 壓力 / 氧化管理，與銦焊接製程特徵一致；2026-08-20 第一金座談確認「銦片製程特殊才需要上助焊劑、散熱膏製程不需要」，指向其銦片設備服務的是需助焊劑潤濕的焊接（reflow）路線，先前的待確認事項至此收斂。
• 對鍍層判讀的含義：走 sTIM 就連動 die BSM 與 Lid 鍍鎳金需求（3653_健策精工（市）鍍層邏輯）；純壓合則不需金屬化，鍍層邏輯要另找依據。

Removable Lid / TIM1.5 工法對 TIM 製程的影響（2026-08-20）

NVIDIA 在 Rubin Ultra 世代評估的 Removable Lid（R-Lid，又稱 disposable lid＋TIM 1.5）把永久性 Lid 與一層 TIM 拿掉，改以螺絲把 Lid 鎖在 Stiffener 上。設備端觀察（7751_竑騰（櫃），第一金法人座談 2026-08-20）：

• 客戶尚未最終定案；即使採用，Stiffener 仍要貼（Stiffener 的功能是抑制 substrate 翹曲並保護 substrate 周圍，與 Lid 是否可拆無關），貼一個可拆卸 Lid 對既有貼合設備亦非技術障礙。
• 平面度責任轉移：傳統貼 Lid 由封裝廠以治具壓合確保平面度，過程中 TIM1 材質會被擠壓溢出；改用螺絲鎖固後，平面度與精密度變成客戶（組裝端）要克服的問題。
• 採用範圍有限：目前僅 NVIDIA 單一顆晶片會用此工法，成本高、產出效率慢；發熱較低的 AI ASIC 不會採用，市場上仍有許多客戶使用傳統散熱膏。對 TIM1 高階材料（如銦片）的替代效果因此侷限於單一產品線。
• 供應鏈調查更新（珩石筆記，2026-09-29，中信心）：客戶已要求健策 4Q26 小量出貨數萬片 Removable Lid（供應鏈稱 TR Lid）送封裝廠做前期測試，可能提前於 Rubin 採用（上述「僅單一產品線」的範圍判斷須留意隨之放寬）；ODM 打板後拆除 Lid，直接塗散熱膏、鋪石墨烯片貼緊水冷板，TIM 層數大幅減少；Ring 與 Lid 的熱加壓需兩套不同設備，封裝廠產線預計 2027 年中建置完成。詳見 技術_MCL金屬冷卻蓋、memo_健策_TRLid供應鏈調查_20260929。

Metal TIM 覆蓋率：TIM1 最關鍵的指標是覆蓋率——均熱片與晶片貼合後客戶要求 95%，竑騰 metal TIM 設備可做到 99%；金屬液化後外溢流向周邊元件造成短路的疑慮，以四周噴 UV 膠即可阻絕。其他品牌則採液態金屬路線。metal TIM 設備對台灣 OSAT 預計 2H26 開始大量出機。

散熱方案階梯與 ASP（統一投顧，2026-07）

散熱層數越多熱阻越大，設計方向是盡量減少中間層數——愈往後發展中間層愈少、冷板愈直接貼近裸 die，散熱效率愈好，ASP 也從 10 幾美元一路提升至 200 美元以上。

圖說：單片式 Lid（MCCP）堆疊剖面示意，由上而下為 Cold Plate (Fluid)／Gold 鍍金層／TIM 2 (VnGr 導熱片)／Lid 上蓋／TIM 1 導熱界面材料／SOC 晶片／Substrate 基板（統一投顧，2026-07）。

圖說：Stiffener (Ring) Type（Cold plate＋TIM 1.5＋兩側 Stiffener）與 2pcs Lid Type（Cold plate＋TIM 2＋Heat Spreader＋TIM 1＋Stiffener）結構對照。來源：報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917，中信投顧整理，2026-09-17。

台廠分層佈局（同來源）：晶片端（Stiffener、Lid、VC Lid、MCL）以 3653_健策精工（市）、2486_一詮（市） 為主；模組端（Cold plate、Manifold、QD、波紋管）含 3017_奇鋐（市）、3324_雙鴻（櫃）、健策、富世達等；系統級（Fan Wall、RDHx、Sidecar L2A、CDU L2L）含 2308_台達電（市）、光寶、6125_廣運（櫃）、高力、Vertiv 等。L2A 屬過渡方案，未來將往 L2L 演進。中國積極推金剛石（鑽石）複合材料，優點是輕、導熱高，但成本高、硬度高難加工，仍在研發階段未量產，Lid 目前仍以銅為主。

材料升級：鑽石銅（中信投顧，2026-09-17）

隨 AI 晶片 TDP 持續提高、單位面積熱流密度增加，傳統銅材熱擴散能力逐漸不足，散熱廠商積極開發鑽石銅等高導熱材料，與上方「中國積極推金剛石複合材料」段落相互印證，並補上量化數據：

• 銅：熱傳導率約 380–400 W/m·K，長期為水冷板主要材料。
• 鑽石銅：熱傳導率可提升至約 600 W/m·K；若進一步採用高導熱鑽石材料，理論上仍有更大提升空間。主要優勢並非僅在提升材料本身導熱率，更重要的是能快速將晶片局部高熱通量向周圍擴散（Spreading），降低局部熱點造成的熱阻，適合高功耗、高熱流密度的 AI 晶片應用。
• CTE 匹配是關鍵瓶頸：銅與鑽石熱膨脹係數（CTE）存在差異，若直接將鑽石粉與銅粉複合，晶片反覆升降溫的熱循環過程可能產生熱應力、影響材料可靠度。目前廠商發展兩種複合方式：鑽石粉與銅粉混合，以及「銅／鑽石／銅」多層結構，核心皆在兼顧高導熱能力與材料可靠度。

圖說：鑽石銅實物展品照，含標籤「銅＋鑽石＋銅（0.3＋0.3＋0.3）」與「鑽石＋銅柱狀散熱」，另有鍍膜圓片與方形基板樣品。來源：惠智先進、中信投顧整理，報告_中信_AI功耗與散熱架構_20260917，2026-09-17。

銦 TIM 的失效分析：怎麼看 TIM 裂紋與分層（AMD 新加坡，2026-01）

出處：報告_ChipScaleReview_Winter2026期刊_20260122，Chip Scale Review 2026 冬季號，AMD 新加坡封裝失效分析團隊（部分內容曾發表於 EPTC 2024）。

結構背景：處理器分 lidless（筆電、嵌入式）與 lidded（桌機、伺服器，近年也用在 AI 繪圖晶片）。lidded 設計的 TIM 夾在 die 與 lid 之間，是 die 對外散熱的直接路徑。高效能產品常用軟銦（In）TIM 夾在硬矽 die 與銅 lid 之間。

圖說：處理器兩型截面，a) lidless、b) lidded；標示 I lid、II TIM、III die、IV underfill 與互連、V stiffener、VI substrate、VII BGA。

非破壞檢測的極限：CSAM（超音波掃描）與 2D X-ray 能看到空洞與分層的平面位置，但無法量 BLT、做元素分析或判斷缺陷嚴重度，必須做物理截面。

截面的難點：三種材料莫氏硬度差很大（In 1.2、Cu 3.0、Si 6.5），研磨用的 SiC（9.5）與氧化鋁（9）碎屑會嵌進軟銦裡，蓋住裂紋、干擾元素分析。AMD 比較兩種解法：

三個案例： - 溫度循環 TCJ 3,000 次（0–100°C）：through-scan 暗區經截面確認是 TIM 裂紋，建立「CSAM 訊號對應裂紋」的關聯後，之後可只靠 CSAM 篩檢，不必每次截面驗證。 - 均溫板蓋 VCL（vapor chamber lid）：以兩相蒸發冷卻取代一般金屬 lid，導熱更好。但超音波穿不過蒸氣層，CSAM 不適用，改用 X-ray laminography（偵測器斜置、樣品 360° 旋轉重建）只取 TIM 平面看空洞。 - 功率循環 4,600 次：CSAM 軟體標出 TIM 未接觸區，離子研磨截面證實 TIM-die 介面分層，並量到 die 背面 BSM（Al-Ti-NiV-Au）與 lid 的 Ni-Au 鍍層厚度。

圖說：VCL 封裝示意，a) 截面含 wick、vapor space、TIM 與 chip；b) 工作原理為蒸發、蒸氣冷凝後經 wick 回流。

投資含義：AI 晶片 lid 往 VCL 與金屬 TIM 升級後，連失效分析方法都要跟著換，代表 lid 與 TIM 的結構仍在快速變動。均溫板蓋的供應鏈可對照 技術_均熱片。

光模組內的 TIM1／TIM2（東吳，2026-10-22）

光模組內部同樣用 TIM 分層，詳見 技術_光模組散熱：

• TIM1（光晶片封裝級）：填光晶片與蓋板之間的微觀空隙，需低揮發、低析油（避免污染鄰近光學器件）與長期可靠，選型與光晶片封裝設計深度綁定，認證壁壘高。
• TIM2（模組內部）：目前以可點膠導熱凝膠為主（有機矽基材加氧化鋁／氮化鋁填料）。導熱係數需求隨速率上升：400G 約 6–10 W/(m·K)，800G／1.6T 高功率方案已用 12–14.5（陶氏 12、漢高 14.5）；傲川科技圖示 1.6T 需求 14–20+，TIM 單價從 100G／200G 的 0.5–1 美元升至 1.6T 的 8–15 美元（單一來源）。氮化硼、液態金屬填料與石墨烯墊片為下一步。
• 凝膠真實厚度約 0.2–0.4 mm，用於 DSP、雷射 TOSA、Driver/TIA 與矽光 PIC 到銅凸台之間。

關鍵參數

為什麼 AI 讓 TIM 需求上升

• 單顆功耗上升：Rubin GPU 功耗 profile 已進入 1.8kW / 2.3kW 級，封裝到冷板的熱阻預算更緊。
• 熱點更集中：CoWoS / SoIC、chiplet 與 HBM 讓熱源分布不均，TIM 厚度與壓合一致性影響良率。
• 液冷與液態金屬導入：100% liquid cooled compute tray 使 cold plate、micro-channel cold plate、TIM2 與表面鍍層同時升級。
• 測試循環增加：burn-in / SLT 等高功耗測試後仍需回到 FT 驗證，封裝後散熱材料與貼合穩定性會影響測試良率與重測成本。

圖解

圖說：晶片散熱架構剖面——Package Substrate 上為 Chip，Chip 與 Heat Spreader（均熱片／Lid）之間為 TIM1，Heat Spreader 與最上層 Heat Sink 之間為 TIM2，熱量由 Chip 往上傳（圖右 Heat 箭頭）。液冷機型的最上層換成 Cold Plate，兩層 TIM 的位置不變。來源：康和投顧 2026-05-21

台股供應鏈映射

ECTC 2026 新材料進展（SemiAnalysis 2026-07-02）

台積電的直達矽冷卻可完全移除 TIM1，但 SemiAnalysis 判斷近期多數系統仍需更好的矽-均熱片介面材料：

• SPIL（日月光旗下）液態金屬複合 TIM 實測（55mm×55mm FO-EB 封裝）：
• 鎵基液態金屬 + 矽膠基 HS-TIM：5.7 W/m·K；+ 碳纖維 HCF-TIM：10 W/m·K（商用矽膠 TIM 為 4 W/m·K）
• 可靠度分化明顯：HCF-TIM 在 150°C 1,000 小時後維持 95% 覆蓋率；HS-TIM 掉到 75%（矽膠基質硬化局部剝離）→ HCF-TIM 性能與可靠度雙優
• Purdue / Aveiro / UCLA：Cu/Sn microbump 嵌入奈米晶鑽石，互連層面內導熱 500–600 W/m·K（約為傳統 microbump+underfill 的 20 倍）；非 TIM1 替代，而是讓熱在 3D 堆疊互連層橫向擴散；仍屬早期（單面測試結構）
• SiC 作為 TIM1／散熱方案在本屆討論少，SemiAnalysis 判斷距成熟仍遠

圖說：三種 TIM 30 天後熱阻柱狀圖——S-TIM 0.61、HS-TIM 0.34、HCF-TIM 0.19 °C·cm²/W。來源：SPIL, ECTC 2026 © SemiAnalysis

熱阻佔比與可插拔介面 TIM（OCP 2026）

• TIM 在接面到冷卻液熱阻中的占比：Meta 實測基準為冷板 45%／TIM 20%／矽 35%；晶片翹曲增加時 41／27／32（TIM 升至 27%）；功率密度增加時 38／17／45（TIM 降至 17%）。緯穎拆解為冷板 40–45%、TIM 25–40%、晶片 15–25%（冷板加 TIM 合計 65–85%）。兩家口徑與條件不同，合併來看 TIM 約占 17–40%，量級一致：TIM、材料、微結構與冷板同等重要，單看冷板單價不是唯一槓桿。（報告_OCP2026_Google_Microsoft_Meta_單相冷板極限_20261015、報告_OCP2026_緯穎_鑽石材料直液冷_20261015，2026-10）Google 亦指出只縮微鰭、不降 TIM 阻抗，效益有限。

圖說：Meta 晶片接面到冷卻液的熱阻分配——基準冷板 45%／TIM 20%／矽 35%；翹曲增加時 41%／27%／32%；功率密度增加時 38%／17%／45%。

• 緯穎免 TIM 路線：單晶鑽石微通道以銦直接接合矽，省去 TIM，360 W/cm² 下熱阻比銅冷板加 PCM TIM 低 38.2%（模擬 59.5%）；單一測試載具實驗，接合品質尚未量產等級，見 技術_水冷板ColdPlate。
• 可插拔光模組介面的三種 TIM（鴻富瀚，規格＋模擬）：Thermal Tape（0.1–1.6 mm、PCM＋PI、30 W 下界面 ΔT 3–4°C、插拔 ≤200 次、成本低）；Thermal Skateboard（0.26 mm、SUS301＋PCM、ΔT 4–6°C、>500 次、成本高）；Thermal Coating（0.03 mm、矽膠複合、ΔT 4–6°C、≥200 次、成本中）。（報告_OCP2026_鴻富瀚_散熱系統_20261015，2026-10，HFH Thermal，與鴻海關係待查證）

相關分析

• 分析_均熱片與TIM供應鏈（2026-06-10 深度報告：封裝散熱疊構、Rubin 規格升級、台股供應鏈財測）

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