镀金水冷板是什么?晶片层级散热技术介绍!

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2026/4/16

随着 AI 晶片功耗与资料中心热密度快速提升,散热系统的重要性大幅上升,晶片层级散热逐渐成为关键技术。本文聚焦于 TIM 2 材料升级与镀金水冷板的发展,说明铟金属导入后带来的散热效率提升与化学反应问题,并解析镀金制程如何成为解决方案。在液冷散热趋势与高阶制程门槛下,台湾电镀厂商 (汇钻科 8431.TW) 有望切入供应链,掌握 AI 伺服器散热升级带来的新机会。

随着晶片运算能力与资料中心密度持续提升,散热系统的重要性亦同步上升。过去散热产业主要应用于一般伺服器与 PC 的气冷模组,属于技术与需求相对成熟的领域;然而在 AI 快速发展下,高功耗晶片与高密度资料中心机柜逐渐普及,使散热系统由辅助角色逐渐转变为 AI 基础建设中的关键环节。

镀金水冷板技术背景

资料中心散热系统:系统、机柜与晶片

资料中心散热系统可依架构分为系统层级、机柜层级与晶片层级三个面向。三者虽分工不同,但核心目标一致,即在功耗与热密度持续提升的环境下,将晶片所产生的热能有效地由源头一路导出资料中心。

近年来,资料中心在系统层级与机柜层级的散热技术均出现明显进展。相较之下,晶片层级虽为最贴近热源的一环,但过去在技术架构上并未出现明显升级。本篇将介绍的镀金水冷板技术即属于晶片散热技术的一环!

层级说明技术升级
系统层级主要关注整体资料中心或伺服器系统如何将热排出,其重点在于冷源形式、热交换架构与整体能效管理。目前多数资料中心采用水对气散热架构,但随资料中心设计规格持续升级,未来将逐步转向水对水散热方案,以提升热能导出效率并降低整体能源消耗。
机柜层级着重於单一机柜内部的热管理与液冷配置,包括水冷板布局、管路设计、分歧管、CDU、快接头以及整柜液冷模组的整合。技术升级主要集中于水冷板配置与散热系统架构的优化;当单颗 GPU 功耗突破 1,000W 后,传统水冷板面临散热瓶颈,因此逐渐升级至微通道冷板架构,增加冷却液与散热表面的接触面积,进一步提升局部热点的散热能力。
晶片层级聚焦于晶片表面产生的热量如何有效传导至散热器表面,属于最贴近热源、也是整体散热系统的起点。虽为最贴近热源的一环,但过去在技术架构上并未出现明显升级。

晶片层级散热两大核心:TIM 1 与 TIM 2

晶片层级散热目前多以被动式散热为主,其核心目标是将晶片表面产生的热能有效传导至散热器,再借由散热器与空气或液体的热交换,进一步将热能带出伺服器机柜。 由于晶片散热主要依赖热传导效率,因此晶片裸晶与封装盖之间的热传导介面材料 TIM 1(Thermal Interface Material 1, TIM 1),以及封装盖与散热器之间的热传导介面材料 TIM 2(Thermal Interface Material 2, TIM 2),为晶片层级散热的两个关键环节。

晶片级散热示意图。

  • TIM 1 通常在半导体封装制程中完成,封装后即不再涉及维修或更换需求,因此对材料的要求包括高热传导性、长期可靠性及不易翘曲或劣化,同时厚度需极薄,常见材料包括金属或石墨等高导热材料。
  • 相较之下,TIM 2 主要负责连接封装盖与散热器,由于散热器与晶片表面之间存在制程公差,且散热器本身亦可能出现翘曲,因此需透过 TIM 2 填补间隙,使散热器与晶片封装表面能够紧密接触;同时考量散热器可能需要更换,TIM 2 亦需具备良好的可重塑性与可重新填充特性,因此通常采用具高导热性的复合材料导热膏。

随着晶片功耗持续攀升,市场近期开始尝试在导热介面材料上进行改良,透过改善晶片与散热器之间的热传效率,以进一步强化整体散热效能。

TIM 2 导入铟金属材料,提升散热效率与介面可塑性

随着高功率 GPU 与高密度伺服器的散热需求快速提升,晶片层级散热中的 TIM 2 开始出现材料升级,以因应更高热流密度所带来的散热挑战。市场传出下一代晶片可能采用石墨结合铟金属的复合材料方案,其主要原因在于石墨具备优异的平面内热传导能力,能迅速将局部热源产生的热量扩散至整体材料表面;然而,石墨本身缺乏延展与压缩特性,且介面平整度较难控制,因此难以单独作为 TIM 2 使用。透过加入具高度延展性的铟金属,可有效填补散热器与晶片封装之间的表面空隙,同时提升垂直方向的热传导效率。 根据相关资料显示,石墨与铟金属组成的复合材料,其垂直热传导率优于纯铟片的表现。

至于 TIM 1 的升级幅度则相对有限,主因在于两者在功能定位上存在本质差异。TIM 1 主要作为封装内部的固定热传导层,结构相对稳定,且因厚度极薄,材料已多采用高导热金属或石墨等方案;而 TIM 2 除了承担热传导功能外,亦需补偿散热器端的机械公差与翘曲问题。由于散热器与晶片封装表面之间往往存在高度差与变形,TIM 2 必须具备填补间隙的能力,使冷板与封装表面能够紧密接触,因此需要同时满足高导热、可塑填缝与可重工等特性。石墨单独使用难以达成上述需求,而在加入铟金属后,复合材料便能同时兼顾导热效率与机械适应性,使其更适合作为 TIM 2 的介面材料。

镀金水冷板解决铟金属与铜反应问题

镀金水冷板示意图。

然而,虽然导入铟金属可提升散热效率并改善介面翘曲问题,但亦衍生出新的挑战。由于铟金属与水冷板常用材料铜之间容易发生化学反应,且在高温环境下反应速率将进一步加快,使 TIM 2 介面与水冷板表面之间可能生成铟铜化合物。此类化合物会导致介面材料出现脆化现象,降低接触面的密合度,进而使整体热传导效率下降。

为解决上述问题,市场提出新的解决方案,即在水冷板与 TIM 2 介面材料的接触面进行镀金处理。 由于金的化学性质稳定,不易与其他金属产生反应,同时具备良好的热传导能力,可有效避免铟与铜之间的反应并维持介面稳定性。因此,在水冷板接触面导入镀金制程,已成为目前水冷板厂商积极发展的重要技术方向。

台湾机会厂商

镀金制程技术门槛高,台湾既有电镀厂商有望切入

尽管镀金水冷板被视为未来散热技术的重要发展方向,其核心镀金制程并不易快速普及。 首先,镀金制程涉及高毒性化学药剂,且需直接应用于水冷板表面,对制程控制与良率管理的技术门槛较高。目前部分中国厂商在良率与制程稳定度上仍存在明显落差,预期相关需求可能逐步转向具备成熟制造能力的台湾厂商。

而台湾方面对电镀制程设有严格的环保与排放管理规范,若未妥善处理将对环境造成重大影响,因此电镀相关牌照的申请流程与审查时间均相当冗长。对水冷板厂商而言,若自行建立镀金产线,不仅需投入大量时间与资本成本,亦需具备相当程度的制程与品质控制能力。基于上述因素,具备既有电镀技术、环保许可与过往实绩的台湾电镀厂商,有望在此趋势下切入相关供应链。

汇钻科(8431.TW)

汇钻科为台湾少数具备金属表面处理与镀金量产能力的业者,在 AI 伺服器液冷散热升级趋势下,有望切入镀金水冷板供应链,其竞争优势主要来自以下三点:

  1. 公司具备成熟电镀制程、环保许可与量产基础,可在高污染与高监管门槛环境下承接镀金制程需求。
  2. 公司过往已累积镀金量产实绩,在新一代 AI 液冷供应链中具备稀缺性。
  3. 公司于泰国设有生产据点,与主要水冷板供应商奇𬭎的设厂地点相同,具备地理位置上的供应链协同优势。

展望 2026 年,汇钻科有望受惠两大成长动能:

  1. NVIDIA Rubin 预计自 2H26 起导入镀金水冷板,将带动相关表面处理需求开始放量。
  2. 部分 ASIC 业者如 Google TPU 亦逐步采用类似 NVIDIA 的液冷架构,将进一步推升镀金水冷板在 GPU 与 ASIC 两大平台的渗透率。

整体而言,汇钻科虽非传统散热模组厂,但凭借镀金制程所具备的技术门槛、法规门槛与既有量产实绩,在 AI 伺服器液冷升级、TIM 2 材料变革与镀金水冷板逐渐成为主流的趋势下,有望透过关键制程技术切入相关供应链。 随着 2026 年 GPU 与 ASIC 平台同步推进,汇钻科可望成为台湾镀金水冷板供应链中具稀缺性的潜在受惠者。

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