隨著 AI GPU 模組功耗突破每顆 700W、甚至邁向 1,000W 等級，氣冷散熱的物理極限已難以因應機櫃層級的熱通量需求，浸沒式冷卻（Immersion Cooling）因此成為資料中心散熱架構的重要選項之一。根據 Fortune Business Insights 的市場研究，全球資料中心液態浸沒式冷卻市場規模預估將由 2026 年的 3.483 億美元成長至 2033 年的 16.94 億美元，年複合成長率約 21.9%[1]。
然而，當伺服器與晶片模組從「風冷」直接切換到「浸沒於介電冷卻液」的環境時，許多沿用氣冷設計的導熱介面材料（Thermal Interface Material, TIM）並未同步驗證其液體相容性。其中，傳統矽膠（Silicone）導熱墊是業界最常被提出疑慮的材料類型——部分案例中觀察到導熱墊在長時間浸泡後出現體積膨脹、材質軟化的現象。這篇文章將從高分子材料科學角度，解析此一現象的成因、後果，以及材料設計上的因應方向。
浸沒式冷卻環境為何對導熱材料是全新的考驗
在氣冷或一般液冷（冷板式）架構中，TIM 僅需承受空氣或密閉水路的接觸；但在浸沒式冷卻中，TIM 長期、全面地浸泡於冷卻液中，材料相容性成為必須獨立驗證的項目。IEEE 於 2016 年發表於 Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems（ITherm）的研究即指出，將 IT 設備完全浸沒於礦物油中雖可帶來顯著的能耗與空間效益，但設備內多種材料（包含 PVC 線材、PCB、連接器等）在長期油浸環境下的物理與化學性質變化，仍是廠商導入浸沒式冷卻時的主要不確定因素之一[2]。這也是為什麼近年冷卻液廠商與伺服器整合商，開始針對 TIM、密封圈、線材等「非金屬材料」建立正式的相容性驗證流程。
為什麼矽膠會在碳氫系冷卻液中膨脹？溶解度參數的角色
單相浸沒式冷卻液主要可分為兩大類：以碳氫化合物（如合成烷烴、異構烷烴）為主的礦物油／合成油型冷卻液，以及以含氟化合物為主的氟碳型冷卻液。兩者的化學結構差異，直接決定了與矽膠的相容性表現。
矽膠導熱材料的高分子基材為聚二甲基矽氧烷（Polydimethylsiloxane, PDMS），其分子鏈幾乎完全由非極性的 Si–O 與 C–H 鍵構成。根據高分子科學中「相似互溶」（like dissolves like）原則，非極性的碳氫系冷卻液分子與 PDMS 的溶解度參數（solubility parameter, δ）相當接近，兩者之間的 Flory–Huggins 交互作用參數因而偏低、溶劑滲入高分子網絡的驅動力隨之增加。美國化學會（ACS）期刊《Analytical Chemistry》一篇針對 PDMS 微流體元件與有機溶劑相容性的經典研究即以實驗數據證實，PDMS 的膨潤（swelling）程度與溶劑的溶解度參數高度相關，且在其考察的三項相容性指標中，膨潤是影響最大的因素[3]。相對地，含氟化合物型冷卻液因分子中大量氟原子屏蔽碳骨架，表面張力與極性特性與碳氫系冷卻液明顯不同，對一般彈性體材料的溶脹傾向也較低[4]。這說明「矽膠是否會在冷卻液中膨脹」並非單一答案，而需視冷卻液化學類型與矽膠本身的分子設計而定。
材料相容性不足會造成哪些實際後果
- 接合層厚度（Bond Line Thickness, BLT）增加、熱阻上升：材料膨潤使導熱層體積增加，介面熱阻隨之上升，晶片接面溫度可能不降反升。
- 材料結構穩定性下降：冷卻液廠商 Submer 在其材料相容性技術文章中指出，EPDM、天然橡膠、丁腈橡膠（NBR）與矽膠等密封材料在單相浸沒式冷卻液中皆有明顯膨脹傾向，可能影響其原有的密封或貼合功能[5]。
- 冷卻液系統負擔增加：冷卻液供應商 Engineered Fluids 於其技術問答中說明，矽膠導熱膏與導熱墊若為「完全硬化」型態，通常與其介電冷卻液相容，僅會吸收少量液體並產生輕微膨脹，此膨脹幅度多半不影響散熱效能；然而言下之意，若材料未完全硬化，其相容性表現與風險則相對不明確，建議透過官方相容性指南逐一驗證[6]。
- 長期可靠度的不確定性：如前述 IEEE ITherm 研究所指出，材料在浸沒環境下的長期物性變化，仍是浸沒式冷卻大規模導入資料中心前，需要以實驗數據逐項驗證的環節[2]。
解決方向：透過完整固化與相容性驗證，提升材料耐液穩定性
換言之，判斷一款矽膠導熱材料是否適用於浸沒式冷卻環境，關鍵不在於「是否為矽膠」，而在於：材料是否經過完全固化、是否針對目標冷卻液的化學特性進行過相容性驗證與測試，以及供應商是否能提供對應的可靠度數據佐證。
LiPOLY 浸沒式冷卻專用導熱材料：DTT54-s / DTT55-s / DTT56-s / DTT61-s
因應上述材料設計方向，LiPOLY 針對浸沒式冷卻與高功耗 AI 晶片應用，開發 DTT54-s / DTT55-s / DTT56-s 雙劑導熱固晶膠系列，以及 DTT61-s 浸沒式導熱墊片。四款產品皆屬矽膠基（Silicone-based）導熱材料：其中 DTT54-s、DTT55-s、DTT56-s 為雙組份可固化型（TIM-1），A、B 兩劑混合點膠後經加熱固化，形成結構穩定之導熱材料網絡；DTT61-s 則為預成型導熱墊片，同樣以矽膠基材料為基礎，針對浸沒式冷卻長時間浸泡條件進行設計。換言之，本系列產品並非透過「避開矽膠」來解決膨脹問題，而是透過優化固化製程與材料結構設計，使矽膠材料本身具備浸沒式冷卻所需的耐液穩定性——這正呼應前段所述：問題核心在於分子設計與硬化程度，而非矽膠這項基材本身。
查證註記：目前 LiPOLY 型錄僅標示「本產品之浸沒式冷卻兼容性與相關可靠度測試報告，可依需求提供，請洽本公司」，屬廠內測試數據；型錄中未載明是否取得 Engineered Fluids、Shell 等第三方冷卻液廠商之正式材料相容性認證清單，公開文案應避免使用「通過第三方認證」等表述，如需引用應先向業務或品保部門確認最新狀態。
產品規格比較表
| 項目 | DTT54-s | DTT55-s | DTT56-s | DTT61-s |
|---|---|---|---|---|
| 材料型態 | 雙劑可固化導熱固晶膠 | 雙劑可固化導熱固晶膠 | 雙劑可固化導熱固晶膠 | 預成型浸沒式導熱墊片 |
| 樹脂基材 | 矽膠基 | 矽膠基 | 矽膠基 | 矽膠基 |
| 導熱係數（W/m·K，ASTM D5470） | 4.0 | 5.0 | 6.0 | 6.0 |
| 硬度（Shore A，ASTM D2240） | 40 | 25 | 20 | — |
| 密度（g/cm³，ASTM D792） | 2.7 | 2.7 | 3.3 | 3.3 |
| 接合層厚度 BLT（μm） | 30 | 30 | 10 | 依需求客製 |
| 介電崩潰強度（kV/mm，ASTM D149） | 14 | 14 | 14 | 8 |
| 體積電阻率（Ω·m，ASTM D257） | >1012 | >1012 | >1012 | >1010 |
| 工作溫度範圍 | -60～200°C | -60～200°C | -60～200°C | -60～200°C |
| 儲存期限 | 24 個月（未開封、室溫 30°C 以下） | 24 個月 | 24 個月 | — |
| 主要應用 | AI GPU 模組、AI 浸沒式伺服器、OAM/HGX 加速卡、EV 高功率電子模組 | 同左 | 同左 | GPU／AI 加速器與冷板間之浸沒式介面 |
常見問題
Q1：是不是所有矽膠導熱材料都不適合浸沒式冷卻？
不是。材料是否適合浸沒式冷卻環境，取決於特殊結構的矽膠的硬化程度與材料結構設計，而非「是否為矽膠」本身。特殊結構的矽膠經完全固化、形成結構穩定之導熱網絡的雙組份矽膠導熱材料（如 LiPOLY DTT54-s / DTT55-s / DTT56-s / DTT61-s 全系列，皆為矽膠基材料）在設計上即針對冷卻液長時間浸泡條件進行考量。
Q2：DTT54-s / DTT55-s / DTT56-s 三款產品該如何選擇？
三者主要差異在於導熱係數（4.0 / 5.0 / 6.0 W/m·K）、硬度與建議接合層厚度，可依實際晶片功耗、間隙尺寸與製程需求選用；導熱係數需求越高、間隙越薄的應用，通常會考慮 DTT56-s。
Q3：DTT61-s 與 DTT54-s 系列有什麼不同？
DTT54-s / DTT55-s / DTT56-s 為雙組份液態點膠材料，需混合後固化使用，適合精密點膠與自動化產線；DTT61-s 則為預成型導熱墊片，可直接裁切使用，適合需要快速組裝或可拆卸維護的浸沒式冷卻模組介面。
Q4：這類材料是否有相關可靠度測試數據？
LiPOLY 針對浸沒式冷卻相容性與長期可靠度另有內部測試報告，可依客戶需求提供詳細數據，歡迎透過官方管道洽詢業務窗口。
Q5：浸沒式冷卻材料選用時，還有哪些注意事項？
除導熱材料本身，建議同步確認冷卻液的化學類型（碳氫系或氟碳系）、目標晶片的接面溫度上限，以及材料與線材、密封圈等其他非金屬部件在同一冷卻液中的相容性，以建立完整的系統級驗證。
參考資料
- Fortune Business Insights. Data Center Liquid Immersion Cooling Market, 2026–2033.
- Shah, J. M., Eiland, R., Siddarth, A., & Agonafer, D. (2016). Effects of Mineral Oil Immersion Cooling on IT Equipment Reliability and Reliability Enhancements to Data Center Operations. In 2016 15th IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm) (pp. 316–325). IEEE.
- Lee, J. N., Park, C., & Whitesides, G. M. (2003). Solvent Compatibility of Poly(dimethylsiloxane)-Based Microfluidic Devices. Analytical Chemistry, 75(23), 6544–6554. American Chemical Society.
- CAPLINQ. Chemical Interaction Between Immersion Cooling Fluids and Thermal Interface Materials.
- Submer. Navigating Material Compatibility in Immersion Cooling.
- Engineered Fluids. Material Compatibility Guide — Thermal Interface Materials for Dielectric Coolants (FAQ).
- Czaplewski, S. K., Kuczynski, J., Wertz, J. T., & Zhang, J. (2018). Silicone-Based Thermal Interface Materials. U.S. Patent No. 9,911,681 B2. International Business Machines Corporation.
- Shiu Li Technology Co., Ltd. (LiPOLY), 2026 E-Catalogue (Traditional Chinese edition, 2026/04/13), Low Molecular Siloxane test table (D3–D10 / GC data) — internal catalog, referenced for D3–D10 naming cross-check and test-report format only.
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