一、引言
随着芯片功耗的不断增加，对散热方面的需求越来越大，芯片封装方面的散热尤为重要，芯片过热会造成热失效，导致芯片无法正常工作。
导热界面材料是离芯片最近的一种被动式的传热材料，传统导热界面材料是由有机硅、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等基材，这些基材比较柔软，可以更好的填满芯片与热沉材料之间的界面间隙，但这些基材本身的热导率很低，导热性能是通过加入不同的导热填料，在基体材料中搭建出良好的导热通路，提高材料整体的热导率，从而降低界面热阻。
小编最近发现了一款导热界面材料行业一匹新黑马——“石墨烯导热垫片”
二、石墨烯导热垫片有哪些优势
石墨烯导热垫片相比于传统的导热垫片有哪些不同和优势如下：
1. 石墨烯导热垫片导热系数最高达130W/m·k，导热性能相比于传统的导热垫片提升了10倍到100倍以上，能够更快的将芯片发出的热量传递到散热器上。
2. 石墨烯导热垫片相比于传统的导热垫片有更好的回弹性，这样可以更好地应付由于热膨胀系数的不同造成的芯片翘曲问题。
3. 石墨烯导热垫片相比于传统的导热垫片应力更低、热阻更低，就说明他比较柔软，能更好的填满芯片与热沉材料之间的界面间隙，降低界面热阻，界面热阻在散热领域是最核心的性能指标，比导热系数还要重要，如果热阻很大，再好的导热系数也没无济于事，所以实际应用方面很多热设计工程师最关注的参数是界面热阻。
4. 石墨烯导热垫片相比于传统的导热垫片几乎是零溢出，传统导热垫片受热易出油的问题大家做材料的应该并不陌生，这个在高功率芯片散热方面是非常头疼的问题，而使用石墨烯导热垫片就没有这个后顾之忧了，石墨烯导热垫片基本上不会发生热力形变和出油等问题，可靠性更高。
三、石墨烯导热垫片是微观结构和制备工艺
从电镜视角看石墨烯导热垫片，就是一层一层的石墨烯导热膜垂直方向排列着，利用石墨烯膜的垂直取向的高热导率，提高垫片整体导热性能。
石墨烯导热垫片制备工艺简单点说，是将很多层石墨烯导热膜竖着排放在一起，膜与膜之间用一些树脂材料将其紧密的连接在一起，然后利用模切设备按照尺寸要求横切出一片一片的导热垫片。其实说起来很简单，但是产业化制备上有很多难点，例如：
1. 如果利用机械排序等工艺将石墨烯膜有序的排列起来。
2. 石墨烯膜与树脂材料之前的粘接性问题，肯定要对石墨烯膜表面做一些改性，提高石墨烯膜与树脂之间的结合性。
3. 模切设备切片的精度把握，模切时对材料的应力破坏等问题。
4. 自动化量产工艺很难，很多样品实验室做出来都很漂亮，但是一旦量产就会出现种种问题，如果高效、高质量、低成本的产业化生产是非常难的。
四、石墨烯导热垫片应用机遇与挑战
石墨烯导热垫片由于其优秀的特性，在5G基站、AI服务器、芯片先进封装、消费电子、新能源汽车电子、高功率光模块等领域有着非常大的应用前景。
大家都知道传统芯片是有个封盖封装在里面的，而封盖内壁与芯片之间导热界面材料是TIM1材料，封盖外侧与散热器之间导热界面材料是TIM2材料，目前石墨烯导热垫片主要以TIM2的角色应用在算力芯片上。
传统的TIM1材料基本被国外厂家垄断，如道康宁、陶氏、信越等大厂，国内厂家生产很多导热界面材料基本是属于TIM2材料，但是石墨烯导热垫片也在探索在TIM1领域的应用。目前石墨烯导热垫片主要作为TIM2应用方面，华为已经率先做出了实际应用案例（应用场景可能是AI高算力芯片和5G基站高功率模块），听说目前石墨烯导热垫片的单价非常高，而“深圳市鸿富诚鸿富诚新材料股份有限公司”率先实现量产化工艺，具备批量供货能力，也成功拿下巨大的市场份额，成为第一个吃螃蟹的人，此处应有掌声。
而小编更看好的是石墨烯导热垫片在裸Die芯片上的应用，裸Die芯片导热新方案就是取消了那一层封盖，芯片与散热器通过导热界面材料直接连接在一起，那就没有TIM1和TIM2的概念，衍生出TIM1.5的新方案。
裸芯片与散热器通过TIM1.5材料连接在一起，TIM1.5要在不损伤芯片的前提下，高效的把芯片的热量传递到散热器上，这对于TIM1.5材料的要求就更高。而石墨烯导热垫片的高导热、高回弹、低热阻、低应力、零溢出等特性，完美契合TIM1.5的角色，而且石墨烯导热垫片的可靠性非常高，这个大大增加了石墨烯导热垫片作为TIM1.5角色的可能性。
石墨烯导热垫片在TIM1.5方面的应用，英伟达、AMD、华为等大厂也都在积极尝试和验证，相信在不久的将来，这款颠覆性的导热界面材料将会撼动如道康宁、信越、莱尔德、陶氏等老牌导热界面材料大厂的地位。
针对石墨烯导热垫片的特性，小编个人也受到了一些启发。石墨烯导热垫片可以说是比较柔软且回弹性好、垂直向导热性能好，如果把它做硬一些，做成石墨烯块状，进行机械化加工成结构件，利用它垂直方向的高热导率，而且本身材质又比较轻，是否能在一些严格需要轻量化的应用场景中代替传统的金属热沉材料，不仅导热率高、而且更轻质、兼容性更好。仅自己的一些不成熟的想法，供大家评论区讨论和批判。
最后介绍一下目前国内石墨烯导热垫片生产厂家有：鸿富诚、瑞烯新材料、富烯科技、飞荣达、博恩新材料、阿莱德、高烯科技、深圳稀导等。（有信息不全的地方欢迎大家评论区讨论补充）
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