封裝散熱：TIM 導熱材料，從膏到金屬
說明晶片與冷板之間的 TIM 導熱材料，比較導熱膏、相變材料、石墨片、銦片與液態金屬五種材料，以及以矽內微流道省掉 TIM 的方向與各平台採用現況。
【封裝散熱：TIM 導熱材料，從膏到金屬】
晶片和蓋子看起來貼得很緊，放大看其實只有凸點碰到，中間全是空氣。TIM 就是把空氣趕走的那一層，厚度只有幾十微米
最薄卻很吃溫差
Meta、緯穎實測：TIM 占晶片到冷卻液約 17–40% 的熱阻（OCP 2026）。
圖中文字
TIM：晶片和冷板之間那一層
厚度只有幾十微米，卻吃掉一大段溫差
放大晶片和蓋子之間的介面（示意）：
- 沒有 TIM：只有凸點碰得到，其他是空氣
- 有 TIM：把凹凸之間的縫隙填滿
| 數字 | 項目 | 說明 |
|---|---|---|
| 17–40% | TIM 占的熱阻 | Meta、緯穎實測（OCP 2026） |
| 5 種 | 常見材料 | 膏、相變、石墨、銦、液態金屬 |
| 2028+ | 終點：不要 TIM | 水直接流過矽（TSMC） |
兩塊硬金屬貼在一起，中間其實全是空氣；TIM 的工作就是把空氣趕走，讓熱走得過去。
出處：封裝結構依康和 2026-05-21、凱基 2026-10-07 重繪；放大圖為示意，表面起伏誇張畫
圖中文字
TIM1、TIM2：同一顆晶片有兩層
一層在封裝廠貼，一層在組裝廠塗
單片蓋 GPU 封裝剖面（示意）：標出 ① TIM1（晶片與蓋子之間）、② TIM2（蓋子與冷板之間）。
- TIM1：晶片 → 蓋子：封裝廠（OSAT）貼蓋子時一起壓上去，壓合精度與覆蓋率決定良率
- TIM2：蓋子 → 冷板：伺服器組裝廠塗，要能拆、能重工；Rubin 這層從液態金屬改成 PCM 膜
- TIM1.5：拆蓋後只剩一層：可拆蓋上機前拿掉蓋子，冷板直接隔一層 TIM 貼晶片
兩層 TIM，就是兩段溫差；這也是業界想拆蓋、減層的原因。
出處：結構依康和 2026-05-21、凱基 2026-10-07、SemiAnalysis 2026-05-20 重繪；厚度誇張畫
圖中文字
TIM 吃掉多少：約 1/5 到 2/5
冷板不是唯一的槓桿，TIM 一樣重要
Meta 實測：晶片到冷卻液的熱阻分在哪（%）
| 情境 | 冷板 | TIM | 矽晶片 |
|---|---|---|---|
| 基準 | 45% | 20% | 35% |
| 晶片翹曲變大 | 41% | 27% | 32% |
| 功率密度變高 | 38% | 17% | 45% |
| 緯穎拆解（區間） | 40–45% | 25–40% | 15–25% |
- 怎麼讀：TIM 只有幾十微米厚，卻吃掉約 17–40% 的熱阻；翹曲一變大，占比就往上跳
- Google 的提醒：只把冷板鰭片做更密、不降 TIM 熱阻，改善有限（OCP 2026）
最薄的一層，吃掉不小的一段溫差；所以 TIM 材料一換，散熱上限就跟著動。
出處：Meta、緯穎，OCP Global Summit 2026（2026-10）；兩家量測條件不同，各自讀
五種材料一路升級
導熱膏、相變材料、石墨片便宜好拆；銦片導熱更好，Google TPU v8 已直接焊上冷板；液態金屬熱阻最低，但會外溢、導電、腐蝕。
圖中文字
五種 TIM：從膏、片，到金屬
由上到下熱阻越來越低，但也越來越難做
| 材料 | 狀態 | 特性 |
|---|---|---|
| ① 導熱膏（矽脂） | 主流 | 膏狀、含導熱顆粒，最便宜；熱循環後會被擠出、變乾 |
| ② 相變材料 PCM | 主流 | 常溫是固態薄片，加熱後軟化填縫；乾淨、好重工 |
| ③ 石墨／石墨烯片 | NVIDIA 現行 | 橫向導熱很強、往上較弱；不流動、不腐蝕，但填不進凹縫 |
| ④ 銦片 | TPU 已用 | 軟金屬片，焊上去或壓上去；熱阻低，焊接式要鍍鎳金 |
| ⑤ 液態金屬 | 還沒過關 | 鎵合金常溫是液體，熱阻最低；會外溢、導電、腐蝕 |
越往下導熱越好，也越挑製程；NVIDIA 現在停在石墨／PCM，TPU 已經走到銦片。
出處：放大剖面為示意；材料特性依 Indium Corp.、Henkel、Honeywell 資料｜現況：SemiAnalysis 05-20、富邦 06-27、匯鑽科法說 07-21
圖中文字
膏、相變材料、石墨片：便宜好拆
不用鍍層、能重工、量產成熟；缺點是熱阻較高
| 材料 | ① 優點 | ② 缺點 |
|---|---|---|
| 導熱膏 | 現場點塗，最薄最便宜 | 熱循環被擠出、會乾掉 |
| 相變材料 PCM | 固態薄片，可先貼好 | 受熱軟化，抗擠出 |
| 石墨／石墨烯片 | 不流動、不腐蝕 | 翹曲大時貼不實 |
Henkel 熱衝擊測試：撐幾小時才失效（−50～150°C）
- 矽脂（兩款）：600–800 小時失效
- 相變膏：超過 1,000 小時仍正常
好做、好拆，是量產的第一考量；Rubin 就是從液態金屬退回到這一類。
出處：示意剖面；特性依 Henkel 2024、Honeywell PTM 型錄、Indium Corp.｜Henkel 2024 技術資料；NVIDIA Rubin TIM2 改用 PCM 或石墨：匯鑽科法說 07-21、富邦 06-27
圖中文字
銦片：一片軟金屬箔
比膏導熱好很多，有「焊上去」和「壓上去」兩種用法
- 焊接式（sTIM）：回焊熔化、和鍍層焊在一起；熱阻最低，要鍍鎳金
- 壓合式（Heat-Spring）：靠鎖螺絲的壓力把網格壓平，不用回焊、可拆
- 照片：壓合式銦片放在封裝上，表面網格壓紋（Indium Corporation 產品照）
- 可靠度較成熟：熱循環 2,000 次、150°C 1,000 小時通過；TSMC 實測撐到 1,200 W 以上、接面 105°C
- 誰在用：Google TPU v8 拿掉蓋子、銦片直接焊冷板；Microsoft 高階 Lid 用銦片 TIM1＋鍍金
金屬 TIM 的第一個候選是銦；焊接式要鍍鎳金：這是下一篇的主題。
出處：Indium Corp. 產品頁與資料表｜Fan et al. IMAPS 2023｜TSMC ECTC 2025｜匯鑽科法說 07-21｜中信 07-23（一詮）
圖中文字
液態金屬：熱阻最低，卻還沒過關
Rubin 原本 TIM2 要用，組裝時外溢，退回 PCM／石墨
液態金屬 TIM 放大剖面（示意）：橘色＝四周圍堰（dam），金線＝鍍鎳金阻障層
- 外溢：被擠出圍堰
- 導電：會導電，流到元件就短路
- 腐蝕：鎵會吃掉鎳和銅
SPIL 實測：液態金屬複合 TIM 30 天後的熱阻（°C・cm²/W）
| TIM | 熱阻 |
|---|---|
| 一般矽膠 TIM | 0.61 |
| 液金＋矽膠 | 0.34 |
| 液金＋碳纖維 | 0.19 |
150°C 1,000 小時後覆蓋率：碳纖維款維持 95%，矽膠款掉到 75%
熱阻最低，但量產要先管住它會流；Rubin Ultra 若改金屬 TIM，液金和銦片是兩個候選。
出處：SemiAnalysis 05-20、匯鑽科法說 07-21、Fan et al. IMAPS 2023｜SPIL（日月光），ECTC 2026，經 SemiAnalysis 2026-07-02；數值依原圖
終點是不要 TIM
TSMC 把流道刻進矽，水直接碰晶片，實測 4–5 kW。
圖中文字
終點：不要 TIM
把流道直接刻在晶片背面，水碰到矽，中間沒有任何介面
矽內微流道放大剖面（示意）：① 歧管蓋（密封）、② 微流道（冷水進、熱水出）、③ 矽晶片（背面刻出微流道）
| 數字 | 條件 | 說明 |
|---|---|---|
| 4 kW | 每分鐘 4 公升水 | TSMC 矽內微柱（ECTC 2026） |
| 5.3 kW | 每分鐘 8 公升水 | 有蓋同條件約 2.2 kW 就到頂 |
| −38% | 緯穎鑽石冷板 | 以銦直接接合矽、省掉 TIM（OCP 2026，未量產） |
沒有 TIM，就沒有介面熱阻；代價是製程整合、防漏和良率，2028 年以後才看得到。
出處：TSMC，ECTC 2026（經 SemiAnalysis 07-02）；比例示意
要注意的地方
NVIDIA Rubin 原本用液態金屬，後來退回 PCM／石墨；Rubin Ultra 用什麼 TIM 還沒定。
圖中文字
誰用哪一種：NVIDIA 退回，TPU 先走
兩條路線分開看，下一個開關是 Rubin Ultra
| 平台 | TIM | 說明 | 出處 |
|---|---|---|---|
| NVIDIA Rubin（2026–27） | 石墨／PCM | TIM1 石墨烯薄膜；TIM2 原本液態金屬，外溢後改回 PCM 或石墨 | SemiAnalysis 05-20、富邦 06-27、匯鑽科法說 07-21 |
| Google TPU v8 | 銦片直焊 | 拿掉蓋子，銦片直接焊在鍍金冷板上，只剩一層 TIM | 匯鑽科法說 2026-07-21 |
| NVIDIA Rubin Ultra（2027） | 可能金屬（未定） | 緯穎雙面冷板樣品標示液態金屬 TIM；NVIDIA 規格還沒定 | 中信 2026-09-17 |
| 2028 以後 | 不要 TIM | 流道直接刻進矽，冷卻液碰到晶片背面 | TSMC，ECTC 2026（經 SemiAnalysis） |
怎麼判斷：金屬 TIM 是方向：ASIC 已經用銦片；NVIDIA 要看 Rubin Ultra 是不是改金屬 TIM，這會連動冷板要不要鍍金
NVIDIA 先選好量產，TPU 先選低熱阻；兩條線的交會點：Rubin Ultra 的 TIM 規格。
圖中文字
結論：TIM 往哪走
三件事記住，下一篇講為什麼要鍍金
- 最薄的一層，吃掉不小的溫差：TIM 只有幾十微米，卻占晶片到冷卻液約 17–40% 的熱阻
- 從膏、片，走向金屬：銦片已經用在 TPU；液態金屬熱阻最低，但外溢、腐蝕還沒解決
- 終點是不要 TIM：矽內微流道讓水直接碰到矽，TSMC 實測 4–5 kW，2028 年以後
出處：OCP 2026（Meta、緯穎）；SemiAnalysis 05-20／07-02；匯鑽科法說 07-21；TSMC ECTC 2026
台廠在 TIM 這一段做什麼：
| 公司 | 內容 |
|---|---|
| 竑騰 | TIM1 點膠、植片、壓合設備（康和 05-21） |
| 一詮 | Microsoft 高階 Lid：銦片 TIM1＋鍍金（中信 07-23） |
| 匯鑽科 | 冷板鍍鎳金代工，對應 TPU 銦片直焊（法說 07-21） |
TIM 換材料，散熱上限就跟著換；下一篇：為什麼要鍍金——銅、銦、鎵放在一起會反應。
整理自公開券商報告、公司法說、OCP 2026、ECTC 論文（經 SemiAnalysis）、材料廠資料表與期刊論文（2026 年 5–10 月）；剖面為示意，僅供產業研究參考，不構成投資建議