机械行业研究：石墨烯TIM：下一代散热材料迎来产业化拐点

敬请参阅最后一页特别声明 1 投资逻辑： AI 算力升级推动芯片散热需求提升，传统 TIM 性能瓶颈逐步显现。芯片、封装盖板与散热器表面存在微小起伏，TIM通过填充界面空隙，将热量从芯片传向散热器或液冷冷板，其性能直接影响芯片温度和长期运行可靠性。按封装结构看，带盖封装通常通过 TIM1 连接芯片与封装盖板、TIM2 连接盖板与散热器；无盖封装则采用 TIM1.5 直接连接裸芯片与散热器或冷板，缩短传热路径，但对材料柔软性、界面贴合及装配受力提出更高要求。英伟达单颗 GPU 功耗由 A100的 400W 提升至 GB300 平台的最高 1400W；与此同时，2.5D/3D 封装将芯片、HBM 等器件集成于更大面积的封装中，材料热膨胀差异和封装翘曲加大了界面贴合难度。因此，TIM 既要快速导出热量，也要适应界面形变并维持长期稳定。传统硅脂、凝胶等高分子 TIM 受低导热基体限制，增加导热填料又容易提高材料刚度；液态金属等材料虽具备较高导热能力，仍面临导电、泄漏、腐蚀及装配适配等挑战，推动高性能 TIM 持续迭代。 石墨烯 TIM 兼顾高效导热、柔软贴合与长期稳定，产业化进程持续推进。石墨烯 TIM 材料优势体现在：（1）导热能力强。石墨烯具有较高的本征面内热导率，通过结构设计形成厚度方向的传热通路，公开的高性能石墨烯导热垫片热导率约为 90-200W/(m·K)；（2）界面贴合性好。石墨烯与柔性基体复合后，垫片具备压缩回弹能力，可适应大尺寸封装的翘曲和装配间隙；（3）长期稳定性较好。柔性固态结构有助于减少热循环中的材料迁移和泵出，维持界面接触。技术路线由早期将石墨烯作为填料分散于聚合物，逐步发展为构建三维连续导热网络、控制石墨烯垂直取向，将材料的面内导热优势转化为芯片所需的纵向导热能力。市场方面，AI 基础设施建设带动高功率芯片部署，GPU、ASIC、服务器 CPU 等应用对高性能 TIM 的需求增长，并向光模块、功率半导体等场景延伸。根据 QY Research 数据，全球 TIM 市场规模预计由 2024 年的约 20.12 亿美元增长至 2031 年的约 41.48 亿美元，2025—2031 年复合增速约 10.7%；市场扩容与高端材料渗透率提升，有望共同打开石墨烯 TIM 的成长空间。 碳基路线打开国产突围窗口，石墨烯导热垫片先发企业卡位优势显著。传统 TIM 市场由杜邦、陶氏、汉高等国际巨头主导，竞争格局相对固化；而石墨烯导热垫片作为新兴细分方向，市场格局尚未定型，国产厂商有望率先突围。石墨烯导热垫片具备材料设计、量产工艺与客户认证三重壁垒，目前实现规模化批量供应的厂商仍较少。其中鸿富诚是行业内极少数能够量产制备石墨烯导热垫片并实现规模应用的企业，公司量产 130W/(m·K)垂直取向石墨烯导热垫片、热阻低至 0.04-0.06℃·cm²/W，已批量供应全球头部 AI 芯片客户，并实现 TIM1 热界面材料小批量供货突破。受益于产品放量，公司 2023-2025 年碳基导热垫片收入由 3,561 万元增至 25,226.6 万元、连续两年同比增速超 138%，2025年毛利率 65.6%、扣非净利率 37.4%，显著领先同业。与此同时，中石科技、思泉新材、飞荣达等国内厂商亦在加速布局垂直取向石墨烯 TIM，产业化进程有望提速。随着 AI 算力散热需求持续放量，石墨烯导热垫片有望成为国产厂商加速突围高端的关键切入点。 投资建议与估值 AI 算力建设持续拉动芯片散热需求升级，单颗 GPU 功耗由 400W 提升至 1400W，TIM 成为保障高功率芯片性能与可靠性的关键材料，碳基路线有望开启国产突围窗口，石墨烯导热垫片产业化机遇明确，建议关注已在石墨烯导热垫片积极布局、具备先发优势的企业。 风险提示 AI 芯片需求不及预期风险；客户验证与批量导入不及预期风险；规模化生产及成本控制不及预期风险；替代材料竞争及渗透率不及预期风险。 行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 2 扫码获取更多服务 内容目录 一、AI 算力推动散热升级，高性能 TIM 成为芯片关键材料 ............................................ 4 1.1 TIM 连接芯片与散热系统，材料性能决定高功率芯片散热效率 ................................. 4 1.2 芯片功耗与先进封装升级，推动 TIM 向高导热、高可靠方向演进 ............................... 6 二、碳基 TIM 开启材料升级，石墨烯导热垫片迎来产业化机遇 ......................................... 9 2.1 石墨烯 TIM 兼顾高效散热与界面适配，匹配 AI 芯片散热升级需求 .............................. 9 2.2 石墨烯 TIM 技术持续迭代，垂直取向推动高性能导热垫片产业化 .............................. 11 2.3 高功率芯片应用持续拓展，石墨烯 TIM 市场空间广泛 ........................................ 13 三、国际巨头主导高端市场，碳基路线开启国产突围窗口 ............................................ 15 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 .......................... 15 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................... 17 四、投资建议 .................................................................................. 20 五、风险提示 .................................................................................. 21 图表目录 图表 1： 填充 TIM 前后器件界面接触的微观示意图 .................................................. 4 图表 2： 芯片封装的带盖与无盖结构 .............................................................. 4 图表 3： TIM1、TIM1.5 及 TIM2 的应用位置示意 ................................................... 5 图表 4： 相变热界面材料的导热增强及定形改善策略 ................................................ 5 图表 5： 主要界面材料介绍 ..............................................