芯耀
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一、什么是“无TIM设计”？
传统芯片散热结构中，热界面材料（TIM, Thermal Interface Material）是用来填补芯片与散热器之间的微观缝隙，保证热量能从芯片顺利传到散热器上。常见的TIM包括硅脂、导热垫、焊料或液态金属。
而“无TIM设计”就是尽可能减少或完全去除热界面材料，让芯片裸片（die）直接接触冷却器或热沉，从而消除热阻最显著的一层界面。
二、为什么要去掉TIM？
因为每一层接触面都会引入热阻。而热阻是限制散热效率的最大障碍之一。
打个比方：
传统芯片像是盖了被子的发热体，热量要穿过多层“被子”才能散出去。而无TIM设计是直接让芯片皮肤接触散热器，相当于脱掉了最厚的被子。
具体优势如下：
降低总热阻：去除TIM层后，热量传导路径更短更直接，热传导效率显著提升；
提升散热能力：对高功耗芯片（如GPU/AI加速器/ASIC）而言，这可以有效压低工作温度；
提升性能稳定性：热阻小了，热热点更容易被抑制，系统频率和性能波动更小；
简化封装结构：尤其适用于无盖（Delidded）封装或“裸芯”散热方案。
三、无TIM的实现方式
1. 裸芯直接接触冷却器
芯片封装不再加盖（IHS），而是让冷却器（如铜冷头、液冷模块）直接压在硅裸片上。这种方式需要：
精确控制接触压力；
高平整度的接触面；
对芯片表面进行特殊处理，增强机械强度和热接触性。
2. 使用液态金属替代传统TIM
如果完全去掉TIM风险太高（如芯片不耐压），可以使用极薄的液态金属层（如镓铟合金）：
导热系数比硅脂高几十倍；
能显著降低界面热阻（通常可降至0.01°C/W级别）；
但需注意液态金属与铝反应腐蚀，以及可能的短路风险。
3. 薄型系统级TIM（例如TIM 1.5）
在无盖封装中，有些厂商选择介于完全无TIM与传统TIM之间的折中方案，例如使用厚度极小的高导热材料，以兼顾导热性和结构安全性。
四、技术挑战与限制
| 挑战 | 说明 |
|---|---|
| 机械应力管理 | 没有TIM缓冲，裸片更易因热膨胀差异而崩裂 |
| 平整度要求极高 | 接触面必须非常平整，否则会出现微空隙形成热阻 |
| 液态金属兼容性问题 | 容易腐蚀铝、污染PCB，使用需做电绝缘和材料兼容设计 |
| 散热器压装工艺复杂 | 需要精密控制接触压力、防止芯片损坏 |
| 成本增加 | 高精度的装配、测试、材料替代都会带来成本上升 |
五、哪些芯片采用了无TIM设计？
高性能GPU（如NVIDIA的某些A100、H100工程板）
AI加速芯片（如定制ASIC）
OC（超频）爱好者对消费级CPU进行Delid操作，也属此类
六、总结一句话
“无TIM设计”本质上是把热传导路径中的“胶水”拿掉，直接让芯片和冷却器面对面地传热，以获得极致的冷却效率。这种方案在高功耗、高性能芯片领域尤其关键，但需要精准的机械设计、材料匹配和工艺控制来确保可靠性和寿命。
