在数据中心向高算力演进、液冷技术迅速部署的背景下，我们习惯性地将焦点放在冷却液、换热器、系统设计上，却常常忽略一个藏在“芯片之下”的关键角色——热界面材料（TIM）。

在风冷系统中，TIM已经是大家熟悉的“标配”；但在液冷时代，这层看似薄如蝉翼的材料，正在变成影响系统可靠性与散热效率的“隐形天花板”。

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什么是热界面材料TIM

热界面材料根据使用的不同可分为TIM1/1.5/2，我们一般把裸die芯片和散热器之间的界面材料叫TIM1.5，把Lid封装中，die和Lid之间的界面材料叫TIM1，把Lid和散热器之间叫TIM2。

 TIM1/1.5/2使用示意图

看似非常不起眼的材料确承担了所有电子器件散热的第一道关卡。通常采用流体状材料作为热界面材料的原料，如目前最常用的环氧树脂。然而，包括环氧树脂在内的高分子聚合物材料为热绝缘材料，其热导率只有0.1–0.3 W/mK左右。因此，为降低热界面材料自身热阻，通常会在聚合物中掺杂高热导纳米材料制成纳米复合材料，如金刚石颗粒、纳米碳管或 者金属颗粒或金属线，以增加热传导效率。

热界面材料有很多种，每一种都针对不同的应用场景和需求，具有各自的优点和局限。常见的热界面材料如导热硅脂、导热垫片、相变材料、碳纤维导热垫片、石墨烯超薄导热垫片、金属基热界面材料以及金刚石等等。

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冷板式液冷的“高要求”：TIM选型的三大挑战

冷板液冷结构中，热量需要从芯片通过TIM传导到冷板，再带走。

这一过程中，热界面材料必须面对：

（1）更高的接触压力与多次装配风险：冷板模组结构复杂，组装与维护中TIM往往需要经历多次拆装，对材料的回弹性与结构稳定性提出更高要求。

（2）更低的热阻目标：液冷系统本身散热效率高，反过来也意味着热瓶颈集中在芯片–TIM–冷板这一界面，导热率不达标就可能限制整机性能。

（3）与冷板材料及密封件的化学兼容性：冷板内部常使用铜、铝、不锈钢等材料，TIM需具备良好的化学惰性，避免长期渗漏、界面污染、腐蚀等现象。

常见适配选项：高导热硅脂、固态导热垫片、金属基TIM（例如钎焊片、软金属箔），但仍需兼顾可靠性、易返修性和成本控制。

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浸没式液冷的“材料边界”：TIM面临全新考验

相比冷板式液冷，浸没式液冷场景中，芯片及其周边全部浸泡在液体中。这种直接接触的环境，对热界面材料提出了极端要求：

（1）冷却液渗透风险与材料溶出问题：许多导热硅脂和有机相变材料在浸没环境中易吸附或释放成分，可能导致冷却液污染或材料性能退化。

（2）介电液对材料的稳定性验证：冷却液为介电液，通常为氟化液或矿物油，对TIM的化学稳定性、体积稳定性及低分子挥发物控制需专项测试。

（3）兼容裸芯片封装或异形封装的界面适应能力：部分浸没服务器采用异形封装或定制散热结构，要求TIM具备柔性可塑性与热机械耦合稳定性。

常见适配选项：热导凝胶、导热相变材料（改性PCM）、少量应用金属导热膜，但都必须通过冷却液长期兼容性验证。

例如此前英特尔技术团队研究了一系列的实验来研究常见的热界面材料与典型的浸入式冷却剂(使用3M公司的FC-40冷却液)的相容性。采用霍尼韦尔的PTM795X和信越公司的X23-7921-5。

PTM795X样品浸泡48小时

结果表明，相变热界面材料PTM795X发生相变，不能在浸没冷却溶液中兼容，因此不能用于浸没冷却溶液中。可以合理地推断出相变温度过低的相变材料也不能用于浸没冷却。X23-7921-5与本研究的FC-40相容性良好，浸泡300h后重量变化率低于1%。此外，其热导率也不会因浸没过程而降低。但本研究在油脂材料上检测到轻微色差，是否对性能或兼容性有影响尚不清楚，需要更多的研究数据验证。

Shin-Etsu X23-7921-5浸泡后样品

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不只是导热率：液冷时代的TIM“新指标”

在液冷场景中，TIM的评价标准需要从“导热率优先”拓展为：（1）低热阻 + 高可靠性 + 高兼容性；（2）抗泵出、抗干裂、抗析油；（3）长期热老化下性能保持；（4）便于自动化点胶或批量施工。

在本届2025液冷产业创新与应用论坛中，我们将围绕：

液冷架构下TIM的失效模式与测试方法

冷却液与TIM的相容性评价标准

新型凝胶/PCM/金属TIM的材料创新与产业实践
展开深入研讨。

在高速算力、精密封装、极端热通量的多重挑战下，液冷时代的TIM，正在走出实验室，成为决定产品成败的关键一环。你会怎么选？你又如何验证？是继续沿用“风冷时代”的经验，还是开始重新审视热接口的设计逻辑？

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