高密度芯片和封装技术发展，动力电池能量密度提升，元器件散热问题日益受到关注。晶体管数量的上升 与摩尔定律基本保持一致，即晶体管的数量每两年翻一番。以英伟达 GPU 产品为例，芯片晶体管数量从 GF100 的32 亿个，到 H100 的800亿个，再到 B200 的 2080亿个，是前代 GPU产品的 2.6倍；TDP（Thermal Design Power， 热设计功耗）从 H100 的 700W，提升到 B200 的 1200W，增长约 70%。H100 每个机架的 TDP 约为 40kW，B 系列机架的 TDP 约为 120kW，功率增加显著。此外，随着 AI 能力不断提升，智能手机硬件持续迭代，未来高 性能手机散热需求增长；新能源汽车动力电池能量密度不断提升甚至突破 400-500Wh/kg，同时政策端将对电池 安全要求更加严格，对电池散热系统的响应速度和均温性要求显著提高。
热界面材料（TIM）是用于涂敷在散热器件与发热器件之间，降低两者接触热阻所使用材料的总称。由于 器件制造公差和表面粗糙度的存在，器件之间通常会有微小的空隙。这些空隙含有空气，而空气是热的不良导 体，常温下导热系数仅为 0.026W/(m·K)，就会造成比较大的接触热阻。因此，导热界面材料（TIM）被用来 填补这些空隙，排出空气，提供更好的热传导路径，降低界面热阻，从而提升散热效率。芯片通过 TIM 与热沉 进行贴合，TIM 在远端冷却和近芯片冷却中起到十分关键的作用。
热界面材料广泛应用于各工业领域，如计算机、消费类设备、电信基础设施、发光二极管照明产品、可再 生能源、汽车、军事/工业设备和医疗设备等。在新能源汽车动力电池中，热界面材料可在电池单元之间提供良 好的热路径，通常放置在电池单元之间，或用作电池组和电池组之间的填充物；电信领域，TIM 可为路由器、 交换机和其他电信设备散热，确保设备稳定运行；服务器领域，热界面材料有助于 CPU、GPU 和其他发热部件 之间的热流，还有助于散热器和液体冷却系统等冷却解决方案；航空航天领域，可用于航空电子设备和电力电 子设备。
热界面材料产品类型丰富。依据导电性差异，可分为绝缘型与导电型热界面材料；从组成角度来看，可以 细分为单组份与双组份热界面材料；若按构成成分划分，包括有机型、无机型以及金属型热界面材料等。此外， 根据特性及发展历程的不同，热界面材料涵盖导热膏、导热垫片、相变材料、导热凝胶、导热灌封胶、导热胶 带和黏接剂等多种类型。其中，导热膏、导热垫片、相变材料等在市场中产量较高，应用范围也较为广泛。
热界面材料行业产业链涵盖上游材料、中游制造及下游应用三大环节。上游材料包括基体材料如玻璃纤维、 硅胶、高分子树脂等，填充料包括陶瓷材料（如氮化硼、氮化铝、氮化镓、氧化铝等）、金属材料（如铜、银、 金、铝等）以及碳材料（如石墨、金刚石、碳纳米管、石墨烯等）。中游制造环节聚焦于整合上游材料，通过工艺加工生产各类热界面材料产品，是连接上下游的核心环节。下游应用领域广泛，涵盖通讯设备、人工智能、 消费电子、汽车电子、家用电器、国防军工等多个领域，推动热界面材料在终端产品中发挥散热导热的关键作 用。
热界面材料是一种以高分子材料为基体、以具有绝缘、导热性能的粉体为填料，经过交联或硫化制成的聚 合物复合材料，通常是有机硅烷类和环氧类化合物，用于黏接固定电子元器件。导热界面材料的基材多为聚合 物，而聚合物虽然绝缘性好且易于成型加工，但材料本身导热性能差，是热的不良导体。填充型导热聚合物是 指通过物理共混的方法直接将作为高导热填料的导热粉体加入到聚合物基体中，以提高聚合物的热导率，该方 法加工便捷简单，成本较低，可工业化生产，是目前国内外高导热聚合物材料的主要制备方法。导热粉体是导 热界面材料导热性能的最核心来源，常用的导热粉体材料一般有金属类填料、碳材料和陶瓷类材料三大类。虽 然金属填料和碳材料本身具有较高的热导率，能显著地提高聚合物材料的热导率，然而在高负载时却易破坏材 料的绝缘性能，且碳材料如石墨烯或碳纳米管在基体中不易分散，不利于形成有效的导热通路。
全球热界面材料市场仍由海外企业主导，高端市场尤其被国际品牌垄断。Global Market Insights 报告显示， 2024 年全球热界面材料市场规模约 46 亿美元，同比增长 37.9%，其中，导热硅脂和导热膏是热界面材料中最大 的细分市场，占比达到 37.9%，预计 2034 年将达到 122 亿美元，年均复合增长率为 10.1%。据华经情报网数据 显示，汉高、3M、信越化学、霍尼韦尔国际以及陶氏化学等企业凭借广泛的产品布局和强大的制造能力，占据 约 45%至 50%的市场份额，其全球产品收入均超过 1 亿美元。此外，杜邦、松下、日本电化等中型企业年收入 在 1 千万至 1 亿美元之间，共同占据约 30%至 40%的市场份额。
我国热界面材料行业市场规模近年来呈现快速增长的态势。智研咨询数据显示，2018 年我国热界面材料行 业市场规模约 9.75 亿元，2023 年增长至 18.75 亿元，CAGR 为 13.97%，增长势头强劲。下游应用方面，TIM 应 用主要集中在消费电子和新能源汽车领域。其中，消费电子领域占比达 46.7%，表明随着智能手机、平板电脑 等设备性能的不断提升，市场对高效散热的需求稳步增长。新能源汽车领域占比为 38.5%，反映出新能源汽车 市场的迅速扩张，推动了对导热界面材料需求的强劲上升。此外，通信设备领域占比为 7.9%，工业、医疗等其 他领域则占比 6.9%。
2.1 TIM1&TIM2：芯片散热的“双导热引擎”
芯片TIM 材料需综合考虑水平及垂直方向导热，兼顾高导热性与安全性。电子设备中，芯片产生的热量经 过散热器（Heat spreader）、散热片（Heat sink）等散热器件散发到空气中，当固体接触时表面具有粗糙度，缝 隙会被空气（热导率仅 0.026W/(m·K)）填充，低热导率不利于热量传导，因此在散热器件之间需要高导热材料 填充替代空气。TIM1 由于和芯片直接接触，因此需要兼顾高热导率和高电绝缘性。TIM 材料需考虑水平方向及 垂直方向导热效率，水平方向导热避免热点集中，垂直方向导热尤为重要，与材料材质和厚度密切相关。
TIM1 直接接触芯片，对导热性能要求较高。TIM1 是一种芯片与封装外壳之间的导热材料，与发热量极大 的芯片直接接触，这就要求 TIM1 具有低热阻和高热导率，热膨胀系数与硅片匹配。TIM1 基材一般采用高分子 材料，如硅胶、环氧树脂等，这些材料具有良好的柔韧性和界面适应性，能够很好地贴合芯片和均热板的表面。 导热填料常用的有氮化硼（BN）、氧化铝（Al₂O₃）、石墨烯等。TIM1 需满足绝缘要求，因此基体与填料均选 用绝缘材料。当前，氮化硼（BN）和氧化铝（Al₂O₃）是主流填料，其中氮化硼的热导率高于氧化铝，使复合 材料的整体导热系数在 1–23 W/(m·K)。填料用量增加可提升热导率，但过量会使体系黏度上升、加工性能下降。 若填料本身导电，其含量越高，复合材料电阻率越低、绝缘性能越差。因此，必须确定最佳填料比例，在热导 率、黏度、绝缘性与热膨胀系数之间取得平衡。
TIM2 的材料组成同样包含基材与导热填料两部分，需兼顾散热效率与成本。其基材以高分子材料为主， 根据需求也可采用液态金属等特殊材料，以更好地适配均热板与散热器间的复杂结构及微小间隙，从而有效提 升热传递效率。在导热填料的应用上，TIM2 与 TIM1 的选择范畴类似，但在填充比例控制及微观排布方式上会 根据自身性能要求进行针对性调整。此外，TIM2 的研发设计在充分满足散热性能需求的基础上，还需充分考虑 材料成本控制与工业化生产的可加工性，以确保产品能够适应规模化生产和成本控制。
液冷方案迭代将对热界面材料提出更高的要求。服务器液冷包括冷板式、浸没式和喷淋式三种方案，当前 以冷板式液冷为主，占比达到 80%-90%，浸没式相较于冷板式液冷前期建设及后期运维成本更高，但有着比冷 板式更高的散热上限。浸没式液冷包括单相和两相两种方案，单相式浸没液冷通过高/低温浸没液循环实现热量 交换；两相式浸没通过浸没液相变蒸发，之后冷凝后循环使用进行散热。无论是单相式还是两相式浸没式液冷， 场景中都会有加热、机械力和有机溶剂溶解等作用，对散热系统存在潜在的破坏风险。因此热界面材料需要具 备高导热系数、低热阻、高热稳定性、抗机械冲刷、抗有机溶解及侵蚀溶解等特点。
2.2 TIM：新能源汽车场景热管理效能的关键支撑
新能源汽车行业渗透率持续提升，TIM 应用广泛。由于新能源电动汽车的设计，使得许多部件都需要严格 的热管理，如电池、电机、电控（MCU、BMS、VCU 等）系统、娱乐系统等，需要将热量及时导出，避免部 件的损坏。在新能源汽车中，热界面材料主要用于①电池包电芯与液冷板：电芯间使用导热凝胶，模组与冷板 间用高压缩垫片，防止热失控；②电机控制单元：IGBT 模块需耐高温硅脂或导热凝胶；③车载充电器（OBC）： 高功率元件散热依赖高可靠性 TIM，避免老化失效；④智能驾驶芯片：算力提升趋势下，热界面材料需兼顾导 热与低应力（避免芯片变形）等。
ADAS：主要由 GPS 和 CCD 相机探测模块、通信模块以及控制模块等构成。随着 ADAS 系统内含功能的 不断增加，芯片算力与功耗持续攀升，散热需求愈发凸显。在 ADAS 中，常见的散热方式主要是自然散热。尽 管 ADAS 的金属外壳能够实现快速散热，但鉴于其内部空间有限，无法内置风扇将热量排出。因此，需要高效 的热界面材料来填补发热芯片与金属外壳之间的空隙，以实现热量的快速传导。 车载摄像头：主要由镜头、基座、红外滤光片、图像传感器、PCB 和 FPC 组成，其中图像传感器和镜头对 成像质量的影响最为关键。然而，高热负载可能会对摄像头的性能造成不利影响。因此，为了有效改善摄像头 的散热问题，通常需要配备附加的散热片，并搭配合适的导热界面材料。 激光雷达：主要由主动光源、光束整形系统、接收镜头、感光元件、信号控制和数据处理单元构成。为了 实现远距离以及水平和垂直方向的大视场角探测，主动光源的功率大幅增加，与之产生的散热可能严重影响发 射光源和感光元件的性能。在激光雷达的 PCBA 端 FPGA 散热，其产生的热量主要通过热界面材料传递到具有 高导热能力的散热器上。 域控制器：包含一个密闭度较高的金属壳体，其内部装配有电路板，而电路板上分布着众多发热元件。其 中，CPU 等发热量较大的元件仅依靠自身散热难以保证正常工作，因此通常需要在其上方贴附铝合金材质的散 热器，并在二者之间添加导热介质，以将热量高效传导至散热器，确保设备稳定运行。
“三电”系统：包括电驱动、电池和电控。电驱控制器由逆变模块、变速箱控制器、混合动力系统控制器 等组成，内部含有大量发热器件，工作时会有大量热量产生。①控制板：控制板上的主控芯片发热功耗较大， 为解决散热问题，在反面底层 PCB 上涂抹相变材料，并在芯片焊盘周围打上过孔。安装时相变材料与上壳体预 留的凸台紧密贴合，从而达到良好的散热效果。②上下散热器总成：电驱控制器的 IGBT 通常采用水冷散热系 统，上散热器总成给多个 IGBT 散热，一般在 IGBT 表面与散热器之间涂导热硅脂，以增强散热效果。下散热 器总成兼顾油泵 IGBT 和安规薄膜电容，高压电子油泵电机驱动电路 IGBT 和薄膜电容表面涂抹相变材料，将热 量传导至下壳体，再通过水冷系统将热量带走。③逆变器输出总成：在逆变器输出总成背面，使用导热绝缘相 变材料，将铜排热量传导至下壳体的水道上，同时起到绝缘的作用。
HUD（抬头显示系统）：核心部件包括用于信息处理的图像生成单元（PGU）和用于影像显示的光源模组。 这些部件的成像技术要求光源输出度高，但光电转换效率必然会有部分损耗，PGU 在运行过程中也会产生大量 热量。HUD 通常布置在仪表的前方，完全暴露在太阳光下，经受着高温环境。如果散热不及时，热量集中导致 整体温度过高，一旦温度超过所承受的范围，就会造成光学元器件的损坏；驱动板上的电子元件也会因为高温 而被碳化，直接影响 HUD 的使用寿命。为了解决 HUD 散热难题，一般在后壳采用金属材质并设计了大面积的 散热孔。同时，在发热元件与后壳之间使用导热界面材料，减小发热元件与散热器之间的接触热阻，提升散热 效果。此外，一些设计还会在光源模组和 PGU 之间采用特殊的散热结构，如导热硅胶和散热器的组合，或者 在 HUD 系统中增加辅助散热风扇，以进一步提高散热效率，确保 HUD 在高温环境下的稳定运行。
电池系统：主要包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、壳体和电池管理系统（BMS）等部分。在动力 电池包中，电芯在放电过程中会产生热量，而温度是影响电池寿命和充放电效率的关键因素。因此，设计上通 常会采用热传导的方式，将电池产生的废热带到电池模组外壳进行热交换。首先，电池间会有缝隙，通常会应 用到单组份导热胶产品或是双组份导热胶作为填充；其次，电池顶部或底部则会搭配低导热系数且材质很软的 导热垫片把热量带到外壳。电池管理系统（BMS）是连接动力电池包与新能源电动汽车的重要纽带，其主要功 能包括电池状态实时监测、在线诊断与预警、充放电控制、均衡管理和热管理等。BMS 本身包含芯片和电路板，由于需要参与大量运算与信号控制，也会产生一定热量，这部分热量需要通过导热界面材料来转移。 充电桩：充电桩的充电模块不仅提供能源电力，还负责电路的控制与转换，确保供电电路的稳定性。其性 能不仅直接影响充电桩的整体性能，还与充电安全密切相关。充电模块在充电桩整机成本中占比超过一半，是 关键技术核心之一。充电桩模组集成了大量高发热量的电子元件，如电容、电感、MOS 管和变压器等，因此需 要内置散热器来辅助散热。目前，充电桩散热的常见方式是将导热硅胶片、导热胶应用于集成电子元件板与散 热器之间。这些导热材料具有柔软、高回弹的特性，能够覆盖不平整的表面，将热量从分离器件或 PCB 传导到 散热器上，从而提高充电模块的散热效率和使用寿命。
2.3 消费电子硬件升级，高导热 TIM 渗透率提升
消费电子目前热界面材料最大的细分市场。产品如智能手机、平板电脑、智能穿戴设备等正加速向小型化、 轻薄化、智能化方向演进，但高集成度设计、大数据运算及 CPU 高能耗导致设备内部热量积聚，不仅造成运行 速度下降，还可能引发硬件寿命缩短和用户体验劣化。在此背景下，热界面材料成为解决散热问题的关键，通 过填充芯片与散热模组间的微观空隙，显著降低界面热阻。 在智能手机中，内部 CPU 或传感器等热源产生的热量，首先经过导热界面材料传导到热管或均温板，然后 热管或均温板再将热量快速传导至石墨膜后再均匀散开，石墨膜在手机平面方向把热量传导到金属支架及手机 机壳，最终实现热量向外部环境的转移。热界面材料在智能手机中主要应用于处理器（SoC）、电池、5G 射频 模组等高功率密度区域，在手机 SoC 区域，导热硅脂和液态金属用于快速传导瞬态高负载热量；电池与射频模 组则依赖相变材料缓冲瞬态温升，石墨烯膜可局部覆盖热点区域，实现均热。
手机散热方案经历了石墨、热管、均热板、组合方案、3DVC、液冷散热的发展历程。传统的智能手机通 常采用“导热界面材料+石墨膜”散热方案。近年来，随着智能手机性能及功耗的增加，以及薄型化热管、均温 板生产工艺的不断成熟，热管、均温板在智能手机领域的渗透率持续提升，已逐步发展成为中高端智能手机的 主流散热解决方案。未来，5G 手机产品性能以及内部功能性器件不断升级，将催生更大的散热应用市场。笔记 本电脑通常采用导热界面材料、石墨膜、热管、散热风扇等导热散热材料的组合进行散热，未来高性能化以及 轻薄化对散热有更高的要求。
智能手机 TIM 市场空间广阔。中国智能手机市场在经历 2016 年 5.22 亿台销量高峰后主动调整产业结构， 2023 年起以折叠屏、AI 手机等创新形态驱动销量企稳回升；与此同时，热界面材料产业实现较快发展，市场规 模从 2015 年 10.5 亿元扩张至 2025 年 35.3 亿元，核心动力源于高导热 TIM（石墨烯/液态金属）替代传统材料， 渗透率从 5%跃升，推动单机价值提升，市场规模从 1.7 亿元激增至 25.8 亿元，年均复合增长率高达 31.2%。在 5G/AI 芯片热流密度突破 15W/cm²的背景下，高导热 TIM 单机用量较传统 TIM 材料有明显提升。
在消费电子领域，热界面材料针对细分场景提供精准散热方案。VR/AR 设备采用纳米级 TIM、石墨散热片 与柔性 VC，以轻量化设计实现镜头及主控芯片温升可控；固态硬盘通过超薄复合 TIM（顶硅脂+底散热垫）解 决高速传输过热问题，保障持续写入时核心温度可控；智能音箱以低挥发 TIG 硅脂与柔性垫疏导振动热与芯片 热，维持整机待机温度；无线充电器中，采用氮化硼硅胶片与相变导热垫组合方案，可快速疏导线圈涡流损耗 产生的热量。此外，TIM 在无人机、智能投影仪等电子产品中，均有广泛应用。
液态金属在消费电子中的应用，主要基于镓或镓基合金（如镓铟锡合金）。液态金属热界面材料是一种利用 低熔点金属或合金（在室温或工作温度下呈液态）作为导热介质的热界面材料。镓的熔点极低，约 29.76°C， 在室温下呈液态。通过与其他金属（如铟、锡）形成共晶合金，可进一步调控其熔点、粘度、表面张力等物理 化学性质。液态金属具有优异的导热性能，镓的热导率高达 40.6 W/(m·K)。即便制成具有黏附性的热界面材料 （TIM），其热导率仍能维持在约 20-30 W/(m·K)，远高于传统硅脂和相变材料。液态金属基导热材料性能稳定、 使用寿命长，且无有机物挥发，避免了传统热界面材料易发干、性能衰减的问题。得益于其高导热系数和低界 面热阻，此类材料在计算机芯片、大功率电子设备、光电器件等先进设备中展现出高效的散热能力与稳定性， 显著保障电子器件的可靠运行。液态金属热界面材料已广泛应用于高端消费电子散热领域，典型案例如：索尼 PS5 Pro、Apple MacBook Pro 以及华硕 ROG系列笔记本电脑。
金刚石材料性能优越，市场规模增长迅速。金刚石作为一种散热材料，它的热导率可以达到 2000W/m·K， 是硅（Si）、碳化硅（SiC）和砷化镓（GaAs）热导率的 13 倍、4 倍和 43 倍，比铜和银的热导率高出 4-5 倍。 金刚石凭借超高热导率、低热膨胀系数、高硬度、化学稳定性及电绝缘性等特性，在热界面材料中，通过导热 聚合物，如添加 40–70%金刚石的硅脂/凝胶，导热系数可达 5–15W/m·K，实现高效散热，显著降低设备温度并 提升性能。但金刚石应用目前仍面临界面结合难、成本高及填充密度限制等挑战。当前金刚石散热市场规模迅 速扩张，未来在 AI 芯片、新能源汽车驱动下，预计将保持较快增速，同时，随着 CVD 制备技术成熟与中国金 刚石产业链崛起，将推动成本下降与产业化加速。
纳米技术在热界面材料领域具有显著的应用潜力。碳纳米颗粒具备较高的热导率，其中单层石墨烯的热导 率可高达 5000W/（m·K），而单根碳纳米管的热导率也能达到 600-3000W/（m·K）。然而，碳纳米材料自身存在 支撑强度不足的问题，容易在使用中发生变形，且其在水平方向的热导率相对较低。基于这些原因，碳纳米材 料通常被用作填料，与其他普通热界面材料混合，以此来增强材料的整体导热性能。当前，常见的碳纳米填料 包括碳纳米管和石墨烯等。 石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有单层蜂窝状晶格结构，通过从石墨中剥离出单原子层的碳片 得到，主要制备方法包括化学气相沉积（CVD）、液相剥离、氧化还原法等。石墨烯作为无机非金属材料，同时 具有自由移动的共轭电子，其独特的结构决定了石墨烯材料的导热性能是由声子导热和电子导热共同贡献。石 墨烯材料导热性能极佳，单层石墨烯的导热系数可以达到 2000-5000W/m·K，远高于传统 TIM 材料，在实际应 用中，石墨烯通常被分散在聚合物或其他基质材料中制备复合材料，能将石墨烯添加到硅树脂中可以使导热系 数从 0.2W/m·K 提升到 5W/m·K 以上。除了极高的导热系数，石墨烯还具有轻量化（每平方米仅约 0.77 毫克）、 化学稳定性、高机械强度（拉伸强度约 130GPa）等特点。
全球热界面材料市场龙头仍以海外企业为主，国产化趋势未来可期。导热界面材料通常依赖长期的研发投 入和技术沉淀，因此中高端产品领域技术壁垒较高，从竞争格局来看，目前，以汉高、3M 公司、莱尔德、富士 高分子为代表的海外厂商在全球中高端产品热界面材料市场仍然占据主导地位。国内市场起步较晚，智研咨询 数据显示，当前我国热界面材料国产化率不足 30%，主要参与者包括飞荣达、中石科技、苏州天脉、思泉新材、 阿莱德等。展望未来，随着热界面材料上游材料 PI 膜国产化率提升，国产企业逐渐突破研发壁垒，叠加国内下 游消费市场不断扩大，国产化率有望逐步提升。
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