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

热界面材料（TIM）是连接芯片与散热器的关键一层。芯片、封装盖板和散热器的表面存在细微起伏，装配后仍会留下空气间隙，阻碍热量向外传递。TIM填充这些间隙，让热量更顺畅地从芯片传至散热器或液冷冷板。

按是否带有金属盖板，封装可分为带盖与无盖两种架构。带盖封装中，热量沿"芯片—TIM1—封装盖板—TIM2—散热器"的路径传递，盖板为芯片提供机械保护、电气隔离并起到均热作用；无盖封装则省去盖板，热量沿"芯片—TIM1.5—散热器"的路径传递，散热器（或冷板）直接与裸芯片相连，传热路径更短、需要跨越的界面更少，散热效率更高，但芯片失去盖板的隔离与保护，对界面材料的贴合性与装配受力控制提出更高要求。随着AI、高性能计算芯片功耗与热流密度持续攀升，无盖架构凭借更短的传热路径得到越来越广泛的应用。

不同应用位置对TIM的导热性能、绝缘性及柔软性要求存在差异：

（1）TIM1：位于芯片裸片与封装盖板之间，是芯片热量导出的第一道界面。它直接接触发热芯片，工作温度与热流密度最高，对导热性能和界面可靠性要求最苛刻，散热要求高于TIM2，通常采用铟片、焊料、液态金属等金属基材料，或导热胶、硅脂、相变材料等高分子基材料。

（2）TIM2：位于封装盖板与散热器之间，负责把热量交给外部散热系统。相比TIM1离发热源更远、温度更低，主要作用是填充盖板与散热器之间的空隙并适配装配公差，因此要求材料具备良好的压缩回弹与贴合能力，对绝缘性要求较低，通常采用导热硅脂、导热垫片、相变材料等可压缩或填充型材料。

（3）TIM1.5：用于无盖封装中裸芯片与散热器之间的界面。省去盖板后传热路径更短、热阻更低，但芯片直接承受装配压力，材料需在满足散热要求的同时具备柔软回弹性，以吸收芯片翘曲、避免压伤芯片，通常采用高性能相变材料、液态金属或取向石墨烯导热垫片等。

TIM材料通常由基体与导热填料组成，二者协同决定材料的导热性能与物理特性。基体主要提供流动性、柔软性和机械稳定性，常见材料包括硅油、硅橡胶、树脂等；导热填料主要用于提高材料热导率，常见材料包括氧化铝、氮化硼等陶瓷材料，以及石墨烯、碳纤维等碳材料。

以相变热界面材料为例，通常以石蜡、聚烯烃等相变物质为基体，通过添加高导热填料、构建定向导热网络，提高材料内部的热量传递效率；同时，利用柔性载体、固态相变结构或微胶囊封装等方式限制相变过程中的材料流动，改善材料的形态稳定性，从而兼顾导热性能、界面贴合性与长期使用可靠性。

按照主要材料体系及导热结构，TIM可分为高分子基、金属基和碳基三大技术路线：

（1）高分子基TIM：以有机硅材料为代表，通常以硅油、硅橡胶等高分子材料为基体，填充陶瓷、金属或碳类导热颗粒，形成导热硅脂、凝胶及硅胶垫片等产品，具有柔软性好、易加工及界面适应性强等特点，主要产品包括导热硅脂、导热凝胶、导热垫及导热相变材料。

（2）金属基TIM：以低熔点金属及其合金为导热主体，代表产品包括液态金属、铟片及低熔点焊料，利用金属较高的热导率和界面润湿特性降低传热热阻，也可通过复合其他高导热材料进一步改善性能。

（3）碳基TIM：以石墨烯、碳纤维及碳纳米管等为主要导热材料或导热骨架，通常搭配有机硅、树脂等基体，通过材料取向和连续导热网络设计提高厚度方向的传热能力，代表产品包括取向石墨烯导热垫片、碳纤维导热垫片等。

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

AI服务器功耗持续提升，单颗GPU功耗向千瓦级跃升，高性能TIM需求加速释放。随着AI算力持续提升，英伟达DGX A100、DGX B200及新一代DGX Rubin NVL8的单台整机功耗分别为6.5、14.3及约24kW，Rubin较A100提升至约3.7倍。与此同时，单颗GPU功耗由A100的400W提升至HGX B200的1000W，GB300平台GPU功率上限进一步达到1400W，较A100提升至3.5倍。随着单颗芯片需要传递的热量持续增加，芯片与散热器之间的界面传热要求同步提高，推动TIM向高导热、低热阻及高可靠性方向升级。

芯片热流密度提升，温度控制成为保障芯片性能及可靠性的关键。随着GPU功耗持续增长，芯片单位面积需要传递的热量增加，局部热点散热难度进一步提升。温度控制直接影响芯片的长期可靠性，芯片结温升高，电子器件失效率加速上升，寿命大幅缩短。

先进封装向高集成度和2.5D/3D方向演进，进一步抬升芯片散热与界面材料要求。随着AI芯片算力提升，芯片封装由传统引线键合、倒装芯片逐步向晶圆级封装及2.5D/3D先进封装发展，芯片与HBM等器件通过中介层、先进互连实现更高密度集成，封装I/O数量和连接密度持续提升。更高集成度使单位封装面积内聚集更多高功耗器件，同时芯片、硅中介层、封装基板等多种材料共同集成，散热路径和界面热管理复杂度进一步增加。

封装面积扩大及异质材料集成进一步放大翘曲问题。不同材料热膨胀系数存在差异，在回流焊和芯片冷热循环过程中容易产生热机械应力；随着封装面积扩大，芯片、基板与散热器之间的高度差和局部形变进一步增加，导致TIM厚度及接触压力不均，形成局部高热阻区域。因此，先进封装对TIM的要求由单一高导热进一步升级为高导热、低热阻、低应力和高回弹的综合性能。

高功耗与先进封装大型化共同推动TIM性能要求升级，传统高分子材料在导热与界面适配之间的矛盾逐步凸显。高分子基TIM主要通过在硅脂、凝胶、相变材料等基体中加入导热填料提升传热能力，但整体性能仍受到低导热聚合物基体限制，常见导热硅脂、凝胶及垫片热导率多处于个位数W/(m·K)水平，代表性高性能相变材料热导率约为8.5W/(m·K)。继续提高填料比例虽然能够提升导热性能，但同时容易增加材料黏度与刚度，削弱界面润湿、填隙及柔软性。随着AI芯片功耗迈入千瓦级，同时先进封装向更大面积、更高集成度演进，TIM既需要快速导出热量，又需要适应更大的界面高度差和形变，传统高分子TIM在高导热与柔软贴合之间的性能平衡难度进一步提升。

金属基TIM进一步提高导热能力，但先进封装大型化放大了其界面适配与可靠性约束。铟、液态金属等金属基TIM热导率通常可达20-80W/(m·K)，能够降低材料本体热阻，但实际应用还需要兼顾氧化、腐蚀、导电性、泄漏风险及装配工艺复杂度；对于大尺寸封装，芯片与散热器之间更大的翘曲及接触压力差异，也进一步提高了材料变形能力和界面顺应性的要求。与此同时，硅脂等流动性TIM在长期冷热循环下还可能出现泵出、渗油及干涸，使界面状态恶化并推高热阻。因此，高端AI芯片对TIM的需求已经由单一追求高导热，升级为高导热、低热阻、低应力、高回弹及长期可靠性的综合要求，新型碳基TIM的材料优势进一步凸显。

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

石墨烯具备优异的本征导热性能，为高性能TIM提供较高的材料性能上限。石墨烯是一种典型的二维材料，单层厚度仅约0.335nm，特殊的晶体结构与电子分布使其兼具优异的机械性能、载流子迁移率和导热性能。导热方面，单层悬空石墨烯的面内热导率最高可达约5300W/(m·K)；对于含缺陷和官能团的石墨烯粉体，不同制备工艺下热导率约为800-3500W/(m·K)，仍显著高于铜、铝等金属以及氮化铝、碳化硅等陶瓷材料，较高的本征导热性能为其在高功率电子器件热管理中的应用提供了良好的材料基础。

取向排列及三维网络能够将石墨烯的本征导热优势转化为连续传热通路，推动石墨烯TIM进入百W/(m·K)级。与普通聚合物中热量主要经过低导热基体不同，石墨烯可通过垂直取向或三维连续网络构建高导热骨架，使热量更多沿石墨烯通道由芯片向散热器传递。当前公开的高性能石墨烯导热垫片产品参数已达到约90-200W/(m·K)，其中部分量产型垂直取向产品达到约130W/(m·K)、热阻约0.04-0.06℃·cm²/W，说明石墨烯的本征性能已经能够通过结构设计转化为实际TIM产品能力。

高导热之外，柔软回弹使石墨烯TIM能够适应大尺寸芯片的翘曲及装配公差。TIM的实际散热效果不仅取决于材料本身的热导率，也取决于芯片与散热器之间能否长期保持充分接触。随着AI芯片封装尺寸扩大，不同材料热膨胀系数差异使芯片、基板和散热器在冷热循环过程中更容易发生翘曲，局部间隙会增加TIM厚度并抬升界面热阻。石墨烯导热垫片通常以石墨烯作为高导热骨架、柔性聚合物作为基体，在维持纵向导热通路的同时具备压缩和恢复能力，可以通过形变填充界面高度差，并在受力变化后恢复，持续贴合芯片表面。

固态垫片结构进一步提升长期界面稳定性，更适合高功率芯片持续运行。芯片长期运行过程中反复经历冷热循环，TIM不仅需要较低的初始热阻，还需要避免长期使用后界面状态恶化。硅脂等流动性材料在反复热循环中可能出现泵出、干涸等失效，使界面空隙增加并推高热阻；石墨烯TIM通过柔性固态结构减少材料面内迁移，同时利用自身压缩回弹能力适应界面形变。根据相关数据，石墨烯TIM在-20℃至125℃、500次冷热循环后热阻仍基本稳定在约15K·mm²/W，体现出较好的热机械稳定性。

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

石墨烯在热管理领域已形成导热膜和热界面材料等多种应用形态，其中TIM的技术演进核心是不断提高芯片厚度方向的传热效率。石墨烯导热膜主要利用较高的面内导热能力，将局部热量快速向四周扩散，已广泛用于消费电子等均热场景；而芯片TIM需要将热量由芯片沿厚度方向传递至散热器，因此技术重点逐步由“加入高导热石墨烯”向“构建连续导热网络”和“控制石墨烯取向方向”升级，最终形成兼顾高导热、低热阻及柔软回弹的石墨烯导热垫片。

石墨烯最初主要作为高导热填料加入聚合物基体，用于改善传统TIM的散热性能。硅胶、树脂等基体本身导热能力较弱，将石墨烯片层加入其中，可以利用其较高的导热性能提升复合材料热导率。但在随机分散状态下，石墨烯片层之间并未形成完整的传热通路，热量需要不断跨越聚合物及片层之间的界面，实际导热性能仍受到限制。因此，单纯增加石墨烯添加量虽然能够提升片层接触概率，但也容易带来团聚、材料变硬等问题，推动石墨烯TIM进一步向结构化导热方向发展。

从面内热扩散向界面导热延伸，石墨烯开始与聚合物复合并构建连续导热网络。将石墨烯作为填料直接加入硅胶、树脂等材料，可以提高传统TIM的导热能力，但随机分散的石墨烯片层之间存在较多传热界面。进一步构建三维连续网络，可减少导热通路中断。三维石墨烯泡沫/PDMS热导率达到0.42 W/(m·K)，较分散石墨烯片方案的0.28W/(m·K)提升约50%，体现了连续导热网络的优势。

垂直取向进一步将石墨烯的高导热能力转化为芯片所需的厚度方向散热能力，推动石墨烯TIM走向高性能导热垫片。 普通石墨烯膜主要沿水平方向导热，而TIM要求热量由芯片向散热器纵向传递。通过切割、取向等方式使石墨烯沿厚度方向排列，可显著提高纵向导热能力。垂直排列石墨烯TIM等效热导率达到75.5W/(m·K)，而水平排列结构仅为1.39W/(m·K)，TIM总热阻由511降至30.5mm²·K/W。垂直取向由此成为石墨烯导热垫片应用于高功率芯片的重要技术基础。

垂直取向技术逐步走向产品化，石墨烯TIM已开始进入高功率芯片实际散热场景。随着石墨烯纵向导热、柔软回弹及界面适配能力逐步成熟，相关技术已由实验室结构设计向实际导热垫片产品转化。以鸿富诚为例，公司已形成面向芯片封装散热的石墨烯导热垫片产品，并实现全球头部AI芯片客户量产供应、应用于AI芯片装机场景，表明垂直取向石墨烯TIM已具备规模化工程应用基础。随着产业化深入，行业竞争重点也将由材料性能验证进一步转向产品适配、量产一致性、长期可靠性及规模制造能力。

2.3 高功率芯片应用持续拓展，石墨烯TIM市场空间广泛

AI基础设施投资快速增长，为高性能热管理材料提供长期需求驱动力。随着人工智能模型规模持续扩大，训练和推理任务对算力需求不断提升，全球云厂商和数据中心运营商持续加大AI基础设施投入。根据IDC预测，全球AI基础设施投资规模由2024年的约1530亿美元增长至2025年的约3180亿美元，并有望在2029年突破1万亿美元。

数据中心建设持续推进，AI服务器出货量快速增长为高性能TIM提供长期需求基础。随着人工智能、大模型及云计算应用快速发展，全球AI服务器市场保持高速增长。根据弗若斯特沙利文数据，全球AI服务器出货量由2021年的约0.7百万台增长至2024年的约2.0百万台，预计2030年将进一步增至约6.5百万台，2025-2030年CAGR为21.2%。AI服务器作为数据中心新增投资的重要方向，高性能GPU、ASIC等芯片加速导入，推动服务器功耗和热流密度持续提升。相比传统服务器，AI服务器内部集成更多高功耗计算芯片及高速互连组件，对芯片与散热系统之间的热传递效率提出更高要求，高性能TIM有望伴随服务器升级持续提升价值量。

高热流密度应用持续增加，石墨烯TIM应用边界由AI GPU向多类芯片拓展。当前石墨烯导热垫片主要面向高功率AI芯片等高热流密度场景，并逐步向GPU、ASIC、服务器CPU、1.6T光模块及功率半导体等方向拓展。不同应用虽然芯片结构存在差异，但均面临功耗提升、散热空间受限及长期可靠运行等共同需求，为高性能TIM提供了广阔应用空间。

TIM市场持续扩容，高性能材料渗透率提升打开石墨烯TIM成长空间。根据QY Research数据，2024年全球TIM市场规模约20.1亿美元，预计2031年增长至41.5亿美元，2025-2031年复合增速约10.7%。随着AI服务器成为TIM需求增长的重要驱动力，高热流密度场景对材料性能要求持续提升，具备高导热、低热阻及长期可靠性的石墨烯TIM有望优先受益于高端应用升级。

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

全球热界面材料市场呈现“国际巨头占据高端、本土企业持续追赶”的格局。由于欧美、日本电子信息产业起步较早，以杜邦、陶氏化学、德国汉高、信越化学等为代表的国际材料巨头，凭借深厚的技术积累、专利布局与全球化销售网络，长期主导半导体封装等中高端应用市场。根据QY Research数据，2024年全球热界面材料市场中，杜邦以11.5%的市占率位列第一，陶氏化学、德国汉高分别以6.5%、6.1%的市占率位列第二、第三。

中国热界面材料市场中，国产厂商已成为市场核心主力，国产化、高端化趋势明确。根据弗若斯特沙利文数据，2025年中国热界面材料市场中，飞荣达以13.1%的市场份额位居第一，汉高以9.5%的市场份额位居第二，中石科技以8.6%的市场份额位居第三，思泉新材、3M公司及鸿富诚分别以7.6%、6.7%及5.4%的市场份额位列第四至第六，前六大厂商中国产厂商占据四席。随着AI算力、智能汽车等下游需求放量，具备高端产品量产能力的本土厂商份额有望持续提升。

分技术路线看，传统高分子基与金属基 TIM 格局固化，新兴的碳基 TIM 竞争格局尚未定型，国产厂商有望凭先发布局实现主导：

（1）高分子基TIM：全球市场呈现寡头垄断格局，高端市场由杜邦、汉高、信越化学、陶氏、派克·汉尼汾等少数国际巨头主导，呈现典型的技术密集型和资本密集型特点，市场集中度较高；中国市场正处于高速发展和结构转型期，以飞荣达、中石科技、苏州天脉和鸿富诚为代表的本土企业凭借价格和服务优势，占据一定市场份额。

（2）金属基TIM：铟泰公司在镓基液态金属和焊料TIM领域拥有超过60年经验，占据寡头垄断地位，信越、汉高等亦有布局；国内参与者主要包括云南中宣、中材盛特、宁波施捷、泰吉诺、鸿富诚等。

（3）碳基TIM：碳纤维导热垫片早期由日本积水保力马、迪睿合主导，国内企业以中石科技、鸿富诚、阿莱德为代表相继突破并取得较大市场份额；石墨烯导热垫片则形成日本Resonac（粉体取向）与鸿富诚（石墨烯膜垂直取向）率先量产、国内多家厂商跟进研发的格局。

从主要玩家产品进展看，碳基路线竞争格局显著优于传统路线。高分子基与金属基路线由国际巨头主导，产品迭代与供货能力领先，国内厂商以高性价比跟随，突破空间有限。碳基路线上，传统巨头布局相对滞后，飞荣达、SMART HIGH TECH等尚未跨越从"发布产品"到"批量供货"的量产门槛，目前全球实现石墨烯导热垫片规模化量产的企业极少，代表厂商包括日本Resonac与鸿富诚。

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

石墨烯导热垫片是碳基路线中导热性能最强、也是竞争门槛最高的细分品类。其竞争壁垒并非源于单一材料或环节，而是材料、工艺、客户与应用验证深度耦合的系统性工程壁垒，具体体现为三个方面：

（1）材料设计与路线选择壁垒。石墨烯本征高导热沿面内方向，要转化为芯片所需的厚度方向散热能力，必须解决石墨烯与聚合物基体的界面相容性问题，并对复合体系微观结构进行精细调控。行业由此分化出粉体填料取向与石墨烯膜整体垂直取向两条路线，后者可构建连续完整的导热通路，在增加导热通路、降低界面热阻的同时兼顾压缩回弹性，更适配大尺寸CoWoS封装及芯片翘曲场景，路线选择本身即构成先发者的差异化门槛。

（2）量产工艺与一致性壁垒。实验室高性能样品与规模化、高一致性量产之间存在巨大鸿沟：垂直取向结构的稳定成型依赖多变量耦合下的精密过程控制，微小的工艺波动都可能导致产品性能离散或可靠性下降；而AI服务器、智能汽车等高端场景对长期热循环稳定性、机械耐久性与批次一致性要求极高。这一壁垒决定了行业内"发布产品"与"批量供货"之间的遥远距离——跟进厂商普遍停留在送样或原型阶段，正是卡在这一环节。

（3）客户认证与持续迭代壁垒。高端热界面材料需经过严苛认证，周期长达1-2年，验证复杂、替换成本高，头部客户出于供应链稳定性考量不会轻易更换合格供应商；先发者在认证窗口期内完成客户导入后，还会提前切入客户下一代架构研发、取得产品代码，形成双向研发绑定，进一步抬高后来者的进入成本。同时，AI芯片功耗逐代提升，要求供应商依托量产工艺平台常态化迭代产品，而非依赖单一型号，缺乏量产平台的追赶者难以支撑这种迭代节奏，差距存在进一步拉大的可能。

从产业化进度看，鸿富诚处于全球石墨烯导热垫片产业化前列，是行业内少数能够同时量产石墨烯导热垫片材料，并实现头部AI高功率芯片客户规模化应用的企业。

产品维度，公司石墨烯导热垫片兼顾高导热与高柔软，综合性能领先。高性能散热材料长期面临高导热与高柔软难以兼得的矛盾，公司产品在做到130W/(m·K)高导热的同时，压缩50%的静态应力仅约30-50psi，显著低于同类高性能产品，能够有效吸收芯片与散热器之间的翘曲形变，综合性能更契合AI芯片散热需求。

客户维度，头部客户实现批量供货，新客户储备持续扩充。鸿富诚是行业内极少数能够量产石墨烯导热垫片并实现规模应用的企业，相关产品已进入全球头部AI芯片企业供应链并批量供货。具体来看，石墨烯导热垫片用于B公司AI芯片装机、D公司AI芯片测试及装机；在C公司，产品由前期板卡测试延伸至下一代产品装机，金属碳基复合材料则主要用于板卡重复测试。公司已将石墨烯导热垫片导入核心客户下一代主力产品的装机场景，合作从现有芯片延伸至后续产品项目。

碳基导热垫片放量驱动收入高速增长。2023-2025年鸿富诚碳基导热垫片收入由3,561.0万元增长至25,226.6万元，2024年、2025年同比增速分别达138.2%、197.4%，连续两年高速增长，占比由13.8%提升至35.8%，成为第一大产品。碳基导热垫片的快速放量源于其面向AI高功率芯片、光模块等高热流密度场景的稀缺供给，随着头部客户批量供货落地，产品收入与占比持续攀升，是驱动鸿富诚整体收入增长的核心引擎。

鸿富诚毛利率与净利率显著领先同业。2025年鸿富诚毛利率65.6%、扣非后归母净利率37.4%，显著高于中石科技、思泉新材、苏州天脉、飞荣达等以高分子基产品为主的可比公司。鸿富诚较高毛利率主要源于产品结构及下游应用差异。 公司以热管理及电磁屏蔽材料为主，器件业务占比较低；同时，碳基导热垫片、金属碳基复合材料等高附加值产品主要应用于AI高功率芯片、光模块等高端场景，共同支撑公司较高盈利水平。

国内其他厂商亦在加速布局石墨烯TIM，产业化进程有望提速。中石科技、思泉新材、飞荣达等厂商陆续发布石墨烯/碳基导热产品，或启动垂直取向产线建设，布局节奏明显加快，有望推动国产碳基TIM供给持续扩容。随着国内厂商研发投入加大、产线逐步落地，叠加AI算力散热需求的持续放量，石墨烯TIM国产化进程有望进一步提速，行业进入加速成长期。

AI芯片需求不及预期风险。高性能TIM的增量需求与高功率芯片部署密切相关。若云厂商AI基础设施投资放缓