隨著 AI 伺服器與資料中心對頻寬需求持續攀升，800G 與 1.6T 光收發模組已成為 AI 叢集互連的主流規格，模組功耗與熱密度也隨之快速上升。光模組內部同時容納高功率 DSP、雷射二極體與矽光引擎等對溫度極為敏感的元件，且緊鄰開放式光學耦合面。這使得光模組的導熱介面材料（Thermal Interface Material, TIM）選型，除了追求高導熱係數之外，還必須同時考慮材料揮發物是否可能污染鄰近的光學表面。本文從散熱設計挑戰與矽氧烷污染風險兩個角度，說明非矽型導熱介面材料在 AI 光模組應用中的技術價值。
為何 AI 資料中心光模組的熱設計日益嚴苛
根據 Fortune Business Insights 的市場研究，全球光收發器市場規模預估將由 2026 年的 171.5 億美元成長至 2034 年的 461.2 億美元，年複合成長率達 17.00%。TrendForce 的資料進一步顯示，聚焦 AI 叢集應用的乙太網路光收發模組市場規模，預計由 2025 年的 165 億美元擴大至 2026 年的 260 億美元，年成長逾五成，反映 AI 基礎建設對高速光模組的需求正快速放大。
隨著傳輸規格由 400G 演進至 800G、1.6T，單一光模組的功耗也同步攀升。業界資料顯示，800G 可插拔模組的功耗約落在 15 瓦左右，1.6T 模組的功耗目標則進一步提高至用戶端 20～25 瓦、資料中心互連 25～30 瓦的範圍；既有的可插拔封裝形式，其散熱裕度在此功耗區間已逐漸吃緊，業界因而轉向散熱結構更完整的封裝型式因應。在有限的模組體積內處理更高功耗，使得模組內部 DSP、雷射引擎與散熱結構之間的導熱介面，成為決定整體散熱效率與訊號穩定性的關鍵環節。
雷射與矽光引擎對溫度變化極為敏感
光模組內的雷射二極體，對溫度變化的容忍度遠低於一般數位晶片。以常見的分佈式回饋（DFB）雷射二極體為例，業界量測資料指出，其發光波長會隨溫度上升產生約 0.1 奈米/°C 的飄移，若溫度控制不佳，可能導致波長偏移超出通道規格，進而造成訊號劣化甚至通道失效。
隨著共封裝光學（Co-Packaged Optics, CPO）技術發展，矽光引擎中常用的微環諧振器（micro-ring resonator）對溫度更為敏感，業界技術資料顯示其共振波長會隨溫度產生約每 °C 80 皮米的飄移，若缺乏穩定的散熱路徑，溫度波動甚至可能使諧振環偏離工作點。這使得 CPO 架構對導熱介面材料的穩定性與可靠度，提出比傳統可插拔模組更高的要求。
共封裝光學讓熱密度問題更加集中
CPO 技術將光引擎與交換器 ASIC 緊密整合，雖可大幅降低電性損耗與功耗——Broadcom 對外公布的數據顯示，其 CPO 方案每 800Gb/s 埠約消耗 5.5 瓦，相較傳統可插拔模組約 15 瓦大幅降低——但也使熱源更集中於單一封裝內。業界分析指出，51.2T 等級的 CPO 交換器，單純用於光學 I/O 的功耗即可能超過 1,500 瓦，散熱密度已超出風冷所能負荷的範圍，因此多數 CPO 交換平台已採用液冷作為標準散熱方案。無論採用氣冷或液冷架構，導熱介面材料仍是連接發熱源與散熱結構之間不可或缺的一環。
矽氧烷揮發：光學耦合面容易被忽略的污染風險
矽型導熱材料因其柔軟性、表面服貼性與耐熱性，長期被廣泛應用於一般電子散熱場景。然而，矽聚合物中可能含有未完全反應的低分子量環狀矽氧烷（化學式 Ho-[Si(CH₃)₂O]n-H），這類物質具有揮發性，常溫下已具一定揮發傾向；而在光模組內部因元件持續發熱、內部環境相對密閉的條件下，揮發速率可能進一步提高。
需特別說明的是，太空與真空應用中常引用的 ASTM E595（含 TML、CVCM 等指標），主要用於評估材料在真空環境下的總質量損失與可凝結揮發物，其適用場景是真空艙體，與地面資料中心光模組所處的常壓、密閉艙體環境並不相同，兩者不宜混為一談。但即使在常壓環境下，低分子矽氧烷仍可能因溫度升高而揮發，並在模組內部相對低溫的表面重新凝結——包括光纖端面、透鏡與雷射／偵測器窗口等開放式光學耦合面。已有研究指出，矽氧烷是精密光學系統中常見且不易移除的分子層級污染來源之一，可能造成穿透率下降、影像或訊號傳輸品質劣化，且這類污染往往難以用一般清潔方式完全去除。
對光模組而言，一旦光學耦合面遭到分子層級污染，將直接影響插入損耗與訊號完整性，且多數場景無法在模組組裝完成後進行現場清潔或更換，這使得材料選型階段的風險控管格外重要。
非矽型導熱介面材料的技術對策
為降低矽氧烷污染風險、同時維持模組所需的高導熱效能，非矽型（無矽）導熱介面材料已逐漸成為光模組、精密光學儀器與敏感電子元件散熱設計的選項之一。以 LiPOLY 非矽型導熱墊片系列與非矽型導熱膏系列為例，其樹脂基材不含矽氧烷骨架，經氣相層析（Gas Chromatography）檢測，低分子矽氧烷（D3 至 D20）均為未檢出（N.D.），產品應用範圍已明確涵蓋光學儀器、硬碟、第五代行動通訊與新能源車等對污染敏感的場域。
在導熱效能方面，非矽型材料並未因移除矽氧烷骨架而犧牲導熱係數。以下列出 LiPOLY 部分非矽型產品的代表規格，供工程團隊初步評估：
| 產品型號 | 型態 | 導熱係數 (W/m·K) | 低分子矽氧烷 (GC) | 主要應用 |
|---|---|---|---|---|
| N800A-s | 導熱墊片 | 9.0 | 未檢出 (N.D.) | 光學儀器、新能源車 |
| N800B | 導熱墊片 | 13.0 | 未檢出 (N.D.) | 光學儀器、5G 高密度模組 |
| N800C | 導熱墊片 | 17.0 | 未檢出 (N.D.) | 光學儀器、精密電子元件 |
| N-putty5 | 導熱填縫膠 | 9.0 | 未檢出 (N.D.) | 精密電子元件、5G 通訊設備 |
完整規格請以 LiPOLY 正式產品規格書為準；熱傳導係數依 ASTM D5470 測試方法量測，為 LiPOLY 內部定義標準。
選型建議：依散熱路徑選擇合適的材料型態
在實務設計上，光模組內部通常存在兩類主要導熱介面：其一為 DSP 或驅動晶片與金屬殼體／散熱片之間的介面，通常對導熱係數與壓縮特性要求較高，適合採用非矽型導熱墊片，以兼顧公差補償與潔淨需求；其二為對厚度與流動性要求較高、需填補不規則間隙的介面，則可考慮非矽型導熱膠。無論選擇何種型態，建議在設計初期即將矽氧烷揮發風險與導熱效能一併納入材料評估項目，而非僅以導熱係數作為唯一篩選標準。
常見問題
Q1：矽型導熱材料是否完全不能用於 AI 光模組？
矽型導熱材料具有良好的柔軟性與耐熱性，在遠離開放式光學耦合面、且無密閉污染疑慮的位置仍可使用。但若導熱介面鄰近光纖端面、透鏡或雷射／偵測器窗口等光學面，建議優先評估非矽型材料，以降低矽氧烷分子污染的風險。
Q2：非矽型導熱材料的導熱效能是否會比矽型差？
不必然。以目前市售非矽型導熱墊片為例，導熱係數已可達 17.0 W/m·K 等級，與同級矽型材料相當甚至更高，選型時應依實際規格比較，而非預設非矽型材料效能較低。
Q3：ASTM E595 的 TML、CVCM 數據，可否直接作為 AI 光模組導熱材料的合格判定依據？
ASTM E595 主要用於評估材料在真空環境下的揮發特性，適用於衛星、太空酬載等真空應用場景。資料中心光模組運作於常壓密閉艙體環境，與真空環境的揮發機制不同，因此 ASTM E595 數據可作為材料低揮發特性的參考指標之一，但不宜直接等同於常壓環境下的污染風險判定依據；常壓環境下的低分子矽氧烷氣相層析檢測結果（如 D3 至 D20 未檢出），會是較直接相關的參考數據。
LiPOLY 的非矽型導熱材料方案
隨著 AI 資料中心持續朝 800G、1.6T 與共封裝光學等更高速、更高功率密度的方向發展，光模組的導熱介面材料選型，需要同時兼顧散熱效能與光學表面的潔淨需求。LiPOLY 旭立科技提供多款非矽型導熱墊片與導熱膏產品，並可提供產品規格書、氣相層析檢測數據與樣品，供工程團隊進行評估與驗證。
歡迎與 LiPOLY 旭立科技聯繫，共同討論 AI 光模組、光收發器與高速運算平台的導熱材料選型方案。
參考資料
- Fortune Business Insights — Optical Transceiver Market Size, Share, Trends [2034]
- TrendForce — Global AI Optical Transceiver Market to Reach US$26 Billion in 2026
- FiberMall — Technology Route from 400G to 800G to 1.6T Optical Transceivers
- FiberMall — Optical Transceivers Overcome Heat
- Laser Focus World — Optical transceivers can beat the heat in the era of high-speed data centers
- APNIC Blog — Co-Packaged Optics: A Deep Dive
- MapYourTech — Co-Packaged Optics: Architecture, Status, and the Path to 1.6T Switches
- T.Global Corp — Silicone Thermal Interface Materials: Advantages and Considerations for Electronics
- E-Motec — Silicone in Thermal Interface Materials
- ResearchGate — Evaluation of outgassing contamination effects on optical surfaces of the LIL
- LiPOLY 2026 產品型錄（內部規格來源）
