金刚石散热行业深度：芯片集成化发展，推动材料应用新蓝海

华安机械分析师：王璐S0010525040001联系方式：wanglu1@hazq.com分析师：陶俞佳S0010524100004联系方式：taoyujia@hazq.com 2026年01月27日 华安证券研究所 核心逻辑 Ø高功率芯片散热问题亟待解决，金刚石材料具备优异性能有望广泛应用： •航天航空、电子技术等领域飞速发展,推动芯片级和模块级电子设备向着微型化、多功能化、高功率密度方向发展。在芯片集成度提升及尺寸微缩发展态势下，芯片功能及性能进一步提升强化，但芯片功耗及发热量提升，随服役温度上升半导体元件失效率显著提升，相关研究表明，随着服役温度每上升18℃，半导体元件失效率就提高两到三倍，散热问题影响芯片性能亟待解决。AI芯片散热技术通过直接在芯片或处理器表面移除热量来优化设备性能并延长使用寿命，传统方案主要分为散热材料及散热技术两类，散热材料以热界面材料（TIM）、金属和陶瓷基导热材料为主，在散热技术方面，主要包含风冷、液冷、热管、VC均热板及散热器等多种方案。 •电子封装起到保护芯片和快速散热作用，因此电子封装材料需具备良好的导热性能、力学性能及可加工性能等各项物理性能，保证电子设备的稳定、可靠及安全运行。常见电子封装材料分为陶瓷材料、塑料材料、金属材料及复合材料四类，金刚石热沉材料天然热导率高达2000-2500W/(m.K)，达到铜的4倍、铝的8倍以上，同时其热膨胀系数与半导体芯片核心材料硅与碳化硅高度匹配，热学性能的高度相似确保金刚石热沉在经历上万次温度循环后仍能保持界面稳定，有效避免因热膨胀失配导致的界面脱层问题。 ØMPCVD法是制备半导体金刚石材料的较优方案：金刚石材料按照结构可分为单晶及多晶金刚石，两类材料在性能表现及应用等层面呈现区别。多晶金刚石多用于需要高导热性、红外透过性及耐磨性领域；单晶金刚石在电子器件可承受大功率、高效率、超高频工作方面展现出独有优势。金刚石合成工艺分为高温高压法和化学气相沉积法，高温高压法适合大规模合成金刚石，化学气相沉积法适合更精细可控的金刚石生长，面向半导体领域的晶圆级金刚石通过化学气相沉积（CVD）制备。在热丝法、MPCVD法及直流等离子体喷射法三类CVD方法中，MPCVD因没有电极污染而被认为是较优方案。 Ø随金刚石散热技术的进一步成熟有望持续推广商业化及规模化应用，根据我们的测算，保守估算下2032年金刚石散热市场规模有望达到97亿元。 Ø相关标的：沃尔德，四方达，国机精工 Ø风险提示：技术开发不及预期；下游客户产品接受及产品验证不及预期；新技术替代风险；市场需求波动风险；原材料成本大幅提升及原材料采购受阻影响生产风险；宏观环境风险；市场竞争加剧风险；汇率波动风险；研究依据的信息更新不及时，未能充分反映行业及公司最新状况的风险。 目录 1金刚石材料：性能优异的芯片散热材料 2相关标的：沃尔德、四方达、国机精工 3风险提示 高性能高集成芯片散热问题亟待解决 在芯片集成度提升及尺寸微缩发展态势下，芯片功能及性能进一步提升强化，但芯片功耗及发热量提升，随服役温度上升半导体元件失效率显著提升，散热问题影响芯片性能亟待解决。 •航天航空、电子技术等领域飞速发展,推动芯片级和模块级电子设备向着微型化、多功能化、高功率密度方向发展。在民用领域，部分芯片工作时产生的热流密度高达150 W/cm2，机载雷达中数千个阵元的功率密度甚至高达1010 W/cm2。同时随着电子产品体积的减小、集成化程度的提高，其单位面积的产热越来越高。相关研究表明，随着服役温度每上升18℃，半导体元件失效率就提高两到三倍，所以设备的散热问题与其性能一样值得关注。 资料来源：粉体圈，华安证券研究所 传统芯片散热的主要方式 AI芯片散热技术通过直接在芯片或处理器表面移除热量来优化设备性能并延长使用寿命，主要分为散热材料及散热技术两类。 •在散热材料方面，目前主要以热界面材料（TIM）、金属和陶瓷基导热材料为主。 •在散热技术方面，主要包含风冷、液冷、热管、VC均热板及散热器等多种方案。 电子封装材料需具备良好的导热性能 电子封装起到保护芯片和快速散热作用，因此电子封装材料需具备良好的导热性能、力学性能及可加工性能等各项物理性能，保证电子设备的稳定、可靠及安全运行。 •电子封装的主要是为了给电子器件提供稳定的工作环境，同时起到保护芯片和快速散热的作用。电子封装结构如示意图，图中芯片通过金锡焊料与导热基板连接，导热基板再通过铅锡焊料与壳体相连，将热量传递到壳体。最后通过导热硅脂将热量传递到热沉材料，以风冷或水冷的方式将热量带出。因此电子封装材料需具备良好的导热性能、力学性能和可加工性能等各项物理性能，保证电子设备的稳定、可靠和安全的运行。 金刚石具有优异导热性能，导热参数显著优于其他材料 常见电子封装材料分为陶瓷材料、塑料材料、金属材料及复合材料四类，金刚石热沉材料天然热导率高达2000-2500W/(m.K)，达到铜的4倍、铝的8倍以上，同时其热膨胀系数与半导体芯片核心材料硅与碳化硅高度匹配，热学性能的高度相似确保金刚石热沉在经历上万次温度循环后仍能保持界面稳定，有效避免因热膨胀失配导致的界面脱层问题。 •常见电子封装材料分为四类：1.陶瓷类封装材料，具有气密性高、热膨胀系数低等优点，但成型温度高，热导性能差，不适合高频、大功率、超大规模集成电路封装；2.塑料类封装材料，成本低，工艺简单，适合大规模生产，但密封性差、热膨胀系数高、热导率低；3.金属封装散热材料，导热性能及热膨胀系数较难同时满足需求；4.复合封装散热材料，兼具金刚石的高导热性、低密度、低热膨胀系数等性能，且与新一代芯片具备良好热匹配性能。•在众多热沉材料中,金刚石热沉材料天然热导率高达2 000-2 500 W/(m·K),达到了铜的4倍、铝的8倍以上。同时,其热膨胀系数仅为 图表5芯片及常用电子封装散热材料及金刚石性能对比1.0~1.5×10-6/K,与半导体芯片核心材料硅和碳化硅(2.7×10-6/K)高度匹配。这种热学性能的高度相似,可确保金刚石热沉在经历上万次温度循环后仍能保持界面稳定,有效避免了因热膨胀失配导致的界面脱层问题。 金刚石材料按照结构可分为单晶及多晶金刚石 金刚石材料按照结构可分为单晶及多晶金刚石，两类材料在性能表现及应用等层面呈现区别。 •多晶金刚石多用于需要高导热性、红外透过性及耐磨性领域。•单晶金刚石在电子器件可承受大功率、高效率、超高频工作方面展现出独有优势。 面向半导体领域的晶圆级金刚石通过化学气相沉积（CVD）制备 金刚石合成工艺分为高温高压法和化学气相沉积法，高温高压法适合大规模合成金刚石，化学气相沉积法适合更精细可控的金刚石生长，面向半导体领域的晶圆级金刚石通过化学气相沉积（CVD）制备。 •高温高压法合成出的金刚石多为颗粒状，具有随机性，适合用作珠宝首饰、金刚石刀具，适合大规模合成金刚石。 •CVD法因其优越的腔室真空环境，使所制备的金刚石材料内部杂质较少，可以制备高质量的金刚石。面向半导体领域的晶圆级金刚石通过化学气相沉积技术（CVD）制备。 MPCVD法是制备半导体金刚石材料的较优方案 CVD法进一步细分包括热丝法（HFCVD）、微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）、直流等离子体喷射法等，MPCVD因没有电极污染而被认为是较优方案。 保守估算下，2032年全球金刚石散热市场规模达97亿元 随金刚石散热技术的进一步成熟有望持续推广商业化及规模化应用，根据我们的测算，保守估算下2032年金刚石散热市场规模有望达到97亿元。 •根据markets and markets测算，全球AI芯片市场规模2025年预计达到2032.4亿美元，2032年有望达到5648.7亿美元，25-32年CAGR达到15.7%。我们以美元对人民币汇率6.9计算，2032年全球芯片市场规模预计达到3.9万亿元。 •目前金刚石散热技术仍处于前沿开发阶段，规模化应用有待推进。因金刚石性能优异有望作为新型散热材料，我们认为随技术进一步成熟有望持续推广金刚石散热的规模化及商业化应用。我们采用情景假设法预测金刚石散热市场规模，我们以保守、中性及乐观3个场景，假设2032年金刚石散热方案在AI芯片中渗透率分别达到5%、10%、25%；随单芯片功率提升导致单芯片散热价值量提升，我们假设金刚石散热价值量在保守、中性及乐观预测场景下在芯片生产成本占比分别达到5%、8%、10%，以此计算金刚石散热市场规模，预计2032年全球金刚石散热市场规模有望达到97-974亿元，市场空间广阔。 目录 1金刚石材料：性能优异的芯片散热新材料 2相关标的：沃尔德、四方达、国机精工 3风险提示 沃尔德：超硬刀具领军企业，持续深入布局金刚石材料 沃尔德2025Q1-Q3营收稳定增长，净利润略下滑。沃尔德2024年实现营收6.79亿元，同比+12.54%，2018-2024年营业收入复合增速达17.2%。2025年Q1-Q3实现营业收入5.4亿元，同比+9.05%稳健增长。净利润方面，2024年净利润增速略有放缓同比+1.14%，2025Q1-3实现净利润0.71亿元同比-6.43%，主要系行业竞争加剧，固定资产折旧增加影响。 沃尔德毛利率及净利率略有下滑，期间费用率稳中有降。公司毛利率、净利率呈现一定下滑态势，主要系公司所在行业竞争加剧及公司拓展多元化业务前期毛利较低影响，2025Q1-3公司毛利率、净利率分别达到43%、13.1%。公司三费费率自2021年稳中有降，在营收中占比由2021年23%降至2025Q1-3的19.45%，费用管控能力增强。 资料来源：Ifind，华安证券研究所图表12沃尔德毛利率和净利率变动情况 资料来源：Ifind，华安证券研究所图表13沃尔德期间费用率变动情况 资料来源：Ifind，华安证券研究所 资料来源：Ifind，华安证券研究所 沃尔德：超硬刀具领军企业，持续深入布局金刚石材料 图表14沃尔德主要产品及财务情况超硬刀具产品是公司营收主要来源，2024年在营收中占比达到77.7%，公司持续开拓超硬材料应用，2024年营收体量达0.37亿元在公司总营收中占比达到5.4%。公司主营产品为刀具产品，包括超硬刀具及硬质合金刀具产品，在营收中占比超过90%。公司持续深入拓展金刚石功能材料业务，多元布局金刚石功能材料产品，主要包含金刚石热沉材料、金刚石膜声学器件、金刚石光学窗口、CVD培育钻石等，深耕行业前瞻开拓产品应用。 四方达：复合超硬材料领军企业，自研MPCVD设备拓展应用 四方达2025Q1-Q3营收小幅增长，净利润同比-84.7%。四方达2024年实现营收5.25亿元，同比-3.19%，2018-2024年营业收入复合增速达5.69%。2025年Q1-Q3实现营业收入4.07亿元，同比+2.13%小幅增长。净利润方面，2025Q1-3实现净利润0.13亿元同比-84.7%，利润下滑主要系2025年前三季度子公司根据市场价格对相应库存计提了减值准备。 四方达毛利率及净利率于2025年均下滑，期间费用率基本维持平稳。公司毛利率、净利率2025年下滑，主要系2025年前三季度子公司根据市场价格对相应库存计提了减值准备，2025Q1-3公司毛利率、净利率分别达到36.3%、3.13%。公司三费费率基本保持平稳，2025Q1-3在营收中占比19.95%。 资料来源：Ifind，华安证券研究所图表18四方达期间费用率变动情况 资料来源：Ifind，华安证券研究所图表17四方达毛利率和净利率变动情况 资料来源：Ifind，华安证券研究所 资料来源：Ifind，华安证券研究所 四方达：复合超硬材料领军企业，自研MPCVD设备拓展应用 图表19四方达主要产品及财务情况资源开采、工程施工类产品是公司营收主要来源，主要包含聚晶金刚石复合片产品，2024年在营收中占比达到61.4%，公司自研MPCVD设备生产CVD金