方正机械-金刚石散热专题汇报20260719 原文

2026年07月20日08:11 发言人00:02 我是方正机械的朱博瑞。然后今天给大家汇报一下金刚石散热相关的一些行业进展，空间测算以及公司一些情况。首先为什么会有这个金刚石散热的这样的需求呢？因为首先就是温度，它会直接影响CPU、GPU这些芯片的性能，包括能耗效率。如果长期处于高温状态，会减缓关键电磁号的传播速度，也可能会导致芯片性能发生永久性的退化。同时高温还会加剧晶体管的一个漏电流额外的的这种损耗，特别是2026年开始，AI芯片的功耗已经突破了1000万。然后业内预期看下一代英伟达架构的单芯片功，有可能会冲到2000瓦，甚至是以上。那么铜铝基板，包括常规的单相液冷等传统发射方案比较难去匹配超高功率算力硬件的散热需求。像金刚石及金刚石复合材料的导热性能超传统散热材料，更适配千瓦级算力芯片的一个远散热需求。也获得了英伟达等头部企业的这种基础背书。 发言人01:16 像晶石散热在20年上半年其实已经有一些商业化的进展。像26年2月份黄河旋风的8英寸金刚石六成片产业脱产，然后阿卡什simple是交付了全球首批金刚石，就是应用了金刚石散热片的这种AI服务器。在26年5月的英伟达财报电话会上，黄仁勋也确认下一代固定的这种架构的GPU，可能会全面采用金刚石复合材料加液冷的这种散热方案。 发言人01:57 我国是全球人造金刚石供给大国，产业链自主可控优势比较突出，所以也为整个行业共同的发展奠定了比较好的这种基础。那加持散热的这种优势上来看的话，首先当然就是非常优秀的这种导热性的。它导热能力大概是铜的五倍，硅的十倍。那么可以有效去提升这个芯片的近端热扩散效率，适配这种千瓦级的超高功耗算力硬件的公众号部署。像阿卡什的这种核心数据显示，金刚石散热可以让GPU的温度降低湿度，能 效提升22%，同款的吞吐量提升15%，是一个非常改善非常显著的一个情况。然后另外它金刚石也具备低热膨胀系数，就是它整体的这个膨胀跟会比较接近。可以大幅降低芯片跟散热材料之间的一个热应力，去避免高温循环导致的这种气味开裂，就气性开裂或者是心脏衰竭。 发言人03:11 另外金刚石也具备着电绝缘性，就是它导热同时可以电器隔离。这也是同等金属导热材料不具备的优势，就是它不会引发芯片的主要漏电短路问题，然后也不会去干扰高频音频信号的传输。除了除此之外，金刚石也有这种内沟温和、耐腐蚀、抗辐射，定性会超传统的一些散热材料。稳远 发言人03:40 目前金刚石散热的如果按照材料来分类的话，大概主要有三大类。包括金刚石复合材料，里面有金刚石铜金刚石铝、金刚石碳化硅等等。然后纯金刚石主要是多晶跟单晶的晶钻石。目前这几条路线处于并行发展的状态，但是商业化的进程和技术的成熟度有比较明显的差异。像这个单晶跟多晶的金刚石都是纯金刚石材料，具备超高热导率和优异绝缘性。可以适配衬底、热成片、微通道等等全场景的应用。它主打的是高端超公众号的战略需求。 发言人04:25 然后看金刚石基的复合材料，其中金刚石铜的综合优势比较突出。首先相较于纯金属质材料，金额是铜的加工性更强，然后成本更，然后它的性价比更高。同时它也兼备优于传统金属散热材料这种导热性能和适配芯片的这种热光技术。然后它竟然是铜的，这种导热性能可以达到大概600到800瓦，优于纯铜。成本大概是纯精石的10%到20%，所以综合的性价比优势比较突出。 发言人05:07 在这个应用层面就是尽量是同一种复合材料，主要是应用于封装级和班级两个领域。封装端凭借性能和功 能优势，可以成为高端算力芯片的封装盖板。然后像钣金主要就是微通道冷板领域。尽管是铜也能够支撑千瓦级AI芯片也能的这种需求。然后像东京金刚石热橙片，它一般是采用键合的工艺，将热成片直接贴合到这个芯片裸片的顶部，去做热热扩去做热扩散。属于芯片级的散热方案，未来1到3年有希望逐步走向成熟。 发言人05:49 但是就是8英寸及以上这种大尺寸铂金金刚石热传的纸杯难度是比较大的那它的生长的进行转片抛光的平整度，包括这个大面积无空洞建和工艺浓缩窗口都会会在打折上这边带来一些比较大的主要量产瓶颈。然后单晶GR10的热导率是最高的那可以突破2000万，能够直接作为规钢化贾等芯片的原生基地，也是这三个金额是在热的路线中最具颠覆性的。目前的阶段大概2到4英寸的这种小尺寸产品可以实现商业化。但是更大的6英寸、8英寸这种大尺寸单晶量产技术还不够成熟。核心频率也是在这，外延生长速率慢，然后大尺寸衬底的这个外延工艺不够成熟，版本高。 发言人06:50 然后金刚石散热的一个就是最主要的几个应用场景。首先第一个就是半导体和集成电路，技能是热能材料可以主要应用在AI或者是相关的一些高端芯片上。然后射频器件上，你能够有效解决这种散热问题。另外在新能源汽车的这个碳化硅大巴加工，也会有一些应用的场景，包括在军工厂也有也有应用。我们今天主要讲的还是在这个半导体芯片上的一个应用。 发言人07:28 金光制造业在新建的一个应用，可能也分几个阶段来发展，目前应该是背面散热为主。背面散热也是金刚石铜最早实现用场景，就是把金刚石铜散热片贴在芯片的背部。作为芯片与外部散热系统之间的一个热量传导的桥梁，具体实现的方式包括通过像焊接或者键合等工艺，将金刚石铜的散热片贴合在芯片的背面。芯片工作时产生的热量先传导至散热片，然后再通过散热片扩散至冷板或者是电力系统。技术的核心难点 主要是在于材料本身的这个热导率跟均匀性是不是在整个面积上做的很一致，如果是在大尺寸产品上，可能性能的均性是一个比较影响商业化用了一个难点。另外散热片与芯片冷板的这个界面结合质量也会影响散热效果。像业界的通过表面金属化处理，焊料的优化性和工艺改进的手段去降低界面的热阻。 发言人08:44 那第二阶段可能就是信号的散热，会用于这个封装层间散热，像2.5D或者3D的封装技术，它通过多个芯片集成在同一个封装内，但上层芯片产生热量可能需要穿过下层芯片，然后最终一层封装基板等多层结构才可以传导出去。那它的路径堵点比较多，所以业界也在探索在封装内部嵌入是通道的这种方案。但是风光曾经用技能是三月的，这个难度也会显著提升。首先它这个散热片需要做到微米级的厚度控制，因为封装空间是非常小的，那近2030层的厚度可能需要控制在几十微米，甚至是更薄，比如十微米这样级别。第二点就是与二体工艺的一个兼容性，就是嵌入封装内部的性化学结构必须以现有的这种封装制程能够兼容。另外就是多界面的这种热管理。因为封装层间它可能涉及到这种界面的热阻，那每一层可能都需要进行优化控制。 发言人09:57 再往后第三个阶段，可能就是芯片期的一个集成，也就是将金刚石直接生长或者是建立在芯片的一个园区附近，甚至是直接纳入到芯片内部结构。这样从产生的一开始就是机会通过金刚石结构迅速去扩散，而不是等到传递到封装外部再进行处理。但是芯片机器人首先它实现的这个时间点会更靠后，然后难度也会是最高的那它需要单晶金刚石的质量要求非常高，或这个胃从密度、质含量、内应力等指标都需要控制很杂严格。另外就是这个异构集成的工艺问题，你比如说你把金刚石跟氮化钾、碳化珪这个半导体材料进行集成的时候，涉及到比较复的这种材料学的问题。那目前现阶段就是金融师产品的制备。壁垒可能主要是杂体现在设备的设计制造以及工艺控制上。 首先就是金融是同这种赛的材料的产业链，就是可以拆分为五个比较核心的环节，第一个就是金刚石原料制备，培育高纯度的这种精装石材料。然后第二个就是用HPHT或者是CAD工艺去具备大尺寸高导热率的这种金刚石镜圆片。然后第三个就是进行这个镜见表面的金属化镀层。然后第四个就是复合成型，就把金刚石跟铜或者是铝这样材料进行复合，然后最后是三集成。如果是纯的这种金刚石散热片的，就是纯的这个CAD金刚石散热片。这个流程包括资金的制备，然后MPCVD的生长，然后是激光切割、金属化镀层等等一系列的这种工艺。目前就是因为往长期看，肯定是船的这种技能是他的。长期看可能是更主流这种方案。 发言人12:13 纯金刚石流下的晶圆，它主要是依靠CVD化学气象沉积的这种工艺来进行量产，保护热磁法的CVD和这个MP的CVD。细胞的热丝CVD它是依靠高温进入四方热裂解碳元的这种气体，设备上成本是更低的，但是控制精度没那么高。然后金刚石的纯度跟导热性能会偏弱一些。然后像MPCVD，它是采用微波激发等离体等离子体。然后在这个正常中进行志管控的这种是可以对标半导体设备的那产品的结晶度纯度会更好杂一些，然后可以量产高质量的这种多心的金刚石，那也是单晶金刚石外延生长的最主要的设备。像目前后面如果金刚石散热的这种赛道进入到量产环节，那么像MPCVD的设备可能会是建立行业壁垒的一个关键点。 发言人13:24 首先就是设备的设计上就会有几个核心的难点。像这个高频电磁场的仿真，它会决定等离子体在空间内的一个分布均匀。像是腔体密封和正常控制，会决定最终这个产品中的质含量，像流根长的均匀性调控，杂它会影响晶圆的定义、分布和良率。所以它并不是而且这种MPCVD设备，它也不是标准化设备，它的腔体结构、微波和方式、生产工艺这三者是非常紧密的结合在一起的那比如说你如果换一种腔体设计，那对应的一些工艺参数可能就需要重新调整。那换一批气体的纯度，而生长速率和晶体的质量也都会发生变化所以这个设备就是用MPCVD这种工艺去生长精华时，它需要材料企业跟社会企业有这种长期协同迭代才 可以。 发言人14:27 目前国的MPCVD设备的保有量大概占全球的30%左右。国产设备的这个占比从22年的不足20%到70%，但是这个70%是台数占比，并不是产值占比。像这个高端的83寸以上的这种大晶圆片的设备，可能还要这样一张大头，所以后面离这种完全自动化还是有一定的这种距离。 发言人14:54 除了这个设备之外，CVD生产的工艺的控制也是难点。就是生产工艺的这种生产工艺的定性、可靠性，稳是连续升级大面积高质量南京晶定量式的一个保障。那像在外延生长过程中，沉积的温度、角化浓度、气体压力，这些都是控制这个生长过程的关键参数。高温一般是对应高市场速率，但是温度的均匀性能不能控制很好啊，这个是比较考验这个工艺积累的。然后像甲烷浓度，一般高甲烷浓度可以提高角速率，但是也有可能是让用石墨小，包括气压。一般高气压对应高沉积速率，但是也产烟煤，这个烟煤主要就是石墨加一些无定型态的这种混合物。 发言人15:48 另外就是像高速率和高品质，一般一般都是金刚石市场企业所关注的重点。但是高速率我觉得两者他的他对工艺的控制有可能会出现一些相互矛盾的地方。比如说在高速率生产中，他常用氮气掺手段。氮气掺杂就有可能会在这个高纯单纯净化水中去引入这种氮质。又比如说如果是要生长这种高品质的单晶地方杂杂石，那可能需要这种比较低的温度和甲烷含量可能会更好一些。但是较低的温度跟甲烷含量又会影响生长速率，所以就是企业怎么样去在需要达到各种性能中去做取舍，去做平衡，然后来取一个最优值，可能也是各家在工艺控制中的一些难点。 发言人16:52 大概测算一下在数据中心应该芯片领域的金额，是散热的一个市场空间。那首三月的这个应用场景比较成熟的已经有像激光器，然后射频器件然后。碳化硅的高功率器件背面散热等等。处于导入中期的可能是AI服务器的散热，然后手机散热，包括一些其他受限的产品散热等等。在工作块领域，就是像搬来接工作块就开始会用了金刚石散热。就是一个光模块可能会用一个2毫米乘2毫米的这个酱散热片。然后1.6T3.2T的光模块用的尺寸可能会稍微大一些。今年可能就是AI场景的800G的光模块，今年23日的渗透率只有10%左右，那明后两年就可能快速提升，未来可能会定在稳50%左右。 发言人17:51 然后像AI数中心领域，它主要是一些高性能的GPU、NPU或者是DPU，它会用到这种轻量式散热片。然后像目前能够在公开数据上找到的，就是大概4英寸的单晶金刚石散热片的价格，大概在4万元每片。那目前主流数据中心GPU芯片的面积大概是800到900平方毫米，当然下一代可能更大，也有可能突破一千多少毫米。那一个4英寸