金刚石散热专题汇报20260720

00:00:02 好，我是方正机械的朱国瑞。然后啊，今天给大家汇报一下就是金刚石散热相关的一些行业进展啊，包括这个呃就是空间测算以及公司的一些一些情况啊。 00:00:14 那首先呢，就是为什么会有这个金刚石散热这样的需求呢？因为呃，首先就是温度呢，它会直接影响C P U、G P U这些芯片的性能功耗包括能耗效率。那如果长期处于高温状态，会减缓关键电信号的传播速度啊，也可能会导致芯片啊性能发生永久性的退化啊。同时呢，高温还会加剧晶体管的一个漏电流啊，造成额外的这种损耗啊。特别是2026年开始，AI芯片的功耗呃就是已经突破了1kW，然后业内预期呢，可能下一代英伟达架构的单芯片功耗有可能会冲到两千瓦啊，甚至是以上。 00:00:51 那么铜铝基板啊，包括常规的单向液冷等传统散热方案呢，呃，比较难去匹配超高功率算。硬件的散热需求，那像金刚石及金刚石复合材料的导热性能远超传统散热材料，那更适配千瓦级呃算力芯片的一个散热需求，嗯，也获得了英伟达等头部企业的这种技术背书。 00:01:15 那像金刚石散热呢，在26年上半年其实已经有一些这个商业化的进展。呃，像26年2月份华国旋风的8In金刚石热成片产线投产，呃然后阿卡什system是交付了全球首批金刚石呃就是应用了金刚石，就是应用了金刚石呃散热片的这种呃AI服务器。然后那个在26年5月的英伟达财报电话会上，呃黄仁勋也确认，就是呃就是下一代呃Mary Robin的这种呃架构的GPU，呃，可能会全面采用金刚石复合材料加液冷的这种散热方案。那我国呢，是全球人造金刚石的供给。大国产业链自主可控的优势比较突出，所以也为整个行业规模化发展奠定了比较好的这种基础。 00:02:07 呃，那天刚石散热的这种呃就是优势上来看的话，那首先当然就是呃非常优秀的这种导热 性能啊，它导热能力大概是铜的5倍，硅的10倍，那么可以有效去提升这个芯片的近端热扩散效率。呃， 00:02:26 适配这种千瓦级的超高功耗算力硬件的呃规模化部署，呃像阿卡什的这种核心数据显示，呃金刚石散热呢可以让GPU的温度降低10°，那能效提升22%啊，通程的吞吐量提升15%啊。就是是一个非常嗯就是改善非常显著的一个这个呃情况。然后另外呢，就是它金刚石也具备低热膨胀系数，就是它呃整体的热膨胀跟硅比较。接近那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整种气列开裂。呃，这气件开裂或者是性能衰减。呃。 00:03:11 另外呢，就是金钢石也具备这种电绝缘性，就是它导热的同时可以电气隔离，那这也是同等金属导热材料不具备的优势，就是它不会呃引发芯片的这种漏电短路问题。那且后也不会去干扰高频电信号的传输。 00:03:27 呃，除了除此之外，金刚石也有这种耐高温呃耐腐蚀抗辐射，呃就是稳定性会远超传统的一些散热材料。 00:03:38 那目前金刚石散热的就是如果按照呃材料来分类的话，就是大概主要有三大类呃包括金刚石复合材料，呃里面有金刚石铜、金刚石铝金刚石碳化硅等等，然后纯金刚石主要是多金跟单晶的金刚石，那目前这。几条路线呢处于并行发展的状态，呃，但是商业化的进程和技术的成熟度有比较明显的差异。像这个单晶跟多晶金刚石都是纯金刚石材料，具备超高热导率和优异绝缘性，那么可以适配衬底热成片啊微通道等等全场景的应用，那主打的是高端超高功耗的散热需求。 00:04:24 然后像金刚石际的复合材料呢，就是呃其中金刚石铜的综合优势比较突出。呃，首先相较于纯金刚石材料呢，金刚石铜的加工性更强，然后成本更可控啊，量产的性价比更高。呃同时呢，就是它也兼备就是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膨系数。呃，然后，像金刚石铜的这种导热性能，可以达到大概600~800瓦，那么远优于 纯铜。呃，成本大概是纯金刚石的。呃，10%~20%呃，所以综合的性价比优势比较突出。 00:05:04 嗯，在这个应用层面，就是金量是同这种复合材料，主要是应用于封装体和板体两个领域。那封装端呢，凭借性能和工艺的优势，呃，可以成为高端算力芯片的封装盖板。呃， 00:05:20 然后像板机呢，就主要就是微通道冷板领域，那呃，尽管是铜，也能够支撑千瓦级AI芯片液冷的这种需求。呃，然后像多晶金刚石热成片呢，它呃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扩呃，去做热扩散。那属于芯片级的散热方案。呃，未来1~3年有希望逐步走向成熟啊。 00:05:48 但是呢，就是8In及以上这种大尺寸波形机呢，是热传的制备，嗯，难度是比较大的。那它的生长的均匀性，然后整片抛光。的平整度包括这个大面积无空洞结和工艺就是容错窗口都会大幅收窄，呃会嗯在大尺寸这边带来一些比较大的这种量产瓶颈。然后单晶金刚石的热导率是最高的，那可以突破两千瓦呃能够直接作为硅呃氮化钾等芯片的远征基地， 00:06:21 也是这三个呃金刚石散热的路线中最具颠覆性的呃目前阶段呢， 00:06:29 大概两到4In这种小尺寸产品可以实现商业化。 00:06:33 呃，但是更大的6IN8IN这种大尺寸的单晶量产技术还不够成熟。呃，核心瓶颈也是在这种外延市场速率慢，然后大尺寸衬底的这个外延工艺不够成熟，短期成本高。 00:06:49 嗯，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节成电路，那金刚石热能材料可以呃，就是主要用在AI或者是就是相关的一些高端芯片上，然后射频机件上，那能够有效解决这种呃散热问题。另外在新能源汽车的这个碳化硅氮化镓工率模块上啊，也会有一些这个应用的场景啊，包括在呃航空航天军工上也有就是也有应 用。那我们今天主要讲的还是在这个半导体芯片上的一个应用。 00:07:27 那金刚石散热在芯片上的一个应用呢，可能也分几个阶段来发展，呃，目前应该是背面散热为主，就是背面散热呢，也是就是金刚石铜最早实现应用的一个场景，就是把金刚石铜散热片贴在芯片的背部，那么作为芯片与外部散热系统之间的一个。这个呃热量传导的桥梁呃具体实现的方式呢，包括通过像焊接或者嵌合等工艺，将金刚石铜的散热片贴合在芯片的背面。那芯片工作时产生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热冷系统。 00:08:07 那技术的呃核心难点呢，主要是在于材料本身的这个热导率跟均匀性是不是呃，就是在整个面积上做得很一致，呃，那么如果是在大尺寸产品上，可能性能的均匀性是一个比较，就是呃就是影响商业化应用的一个难点。那另外呢，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啊。像也界可能通过表面的金属化处理啊，焊料的优化结合工艺改进的手段去降低界面的这种热阻啊。 00:08:44 那第二阶段呢，可能就是金刚石散热会用于这个封装层间散热。像2.5D或者3D的封装技术呢，它通过将呃多个芯片集成在同一个封装内，让上层上层芯片产生热量，可能需要穿过下层芯片，然后非中内层封装基板等多层结构才可以传导出去。那它的路径长啊，这个堵点比较多啊，所以业界也在探索在封装内部切入金刚石的通道的这种方案。但是封装层经呃用金刚石散热的这个难度也会显著提升。那首先呢，它这个散热片需要做到微米级的厚度控制啊，因为方装内部的空间是非常小的，那金刚石散热层的厚度可能需要控制在几十微米甚至是更薄，比如10 mμ这种级别。 00:09:34 那第二点呢，就是呃与半导体工艺的一个兼容性啊，就是嵌入封装内部的金刚式结构必须与现有的这种封装制成能够兼容。呃，另外就是多界面的一种热管理，因为封装层经呢它可能涉及到呃就是多重的这种呃界面的热阻，那每一层可能都需要进行优化控制。 00:09:55 然后再往后第三个阶段呢，可能就是芯片级的一个集成，也就是将金刚石直接生长或者是 间合在芯片的一个园区附近啊，甚至是直接纳入到芯片的内部结构。呃，这样能让热量从产生的一开始就有机会通过金刚石结构迅速去扩散，呃，而不是等到传递到。封装外部再进行处理啊，但是芯片机器可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嗯要求非常高，呃，包括这个微从密度、杂质含量、内应力等指标都需要控制很严格。呃，然后呢， 00:10:36 另外就是这个异构集成的工艺问题，嗯，比如说你把金刚石跟氮化钾、碳化硅这些半导体材料进行这个呃集成的时候，可能涉及到比较复杂的这种材料学的问题。呃，那目前就是现阶段就是金刚石产品的制备呢，它的这个壁垒可能主要是体现在设备的这个设计制造以及工艺控制上。 00:11:02 那首先就是尽常是铜啊这种散热材料的产业链呢，就是可以拆分为5个比较核心的环节啊，第1个就是金刚石原料制备啊，就是人工培育高纯度的这种金刚石材料啊，然后第2个呢。就是用H P H、H T或者是CD工艺去制备大尺寸高导热率的这种金刚石晶圆片，然后第3个呢就是进行这个晶圆片表面的金属化镀层。呃，然后第4个就是复合成型啊，就把金刚石跟铜啊或者是铝这样材料进行复合啊，然后最后是系统集成。 00:11:38 那如果我是纯的这种呃就是金刚石散热片呢，就是纯的这个CVD金刚石散热片，那基本流程包括呃资金的这个制备，然后MPCVD的生长啊，然后往后是激光切割抛光啊，金属化镀层等等一系列的这种工艺。 00:12:00 那目前就是因为往长期看，那肯定是船的这种金能石它的导热率更高，然后呃是能够就是就是就是就是长期看可能是更主流这种方案。 00:12:13 那纯金刚石下的金元呢，它主要是依靠CVD化学气象沉积的这种工艺啊进行量产，包括热斯法的CVD呃和这种MP的CVD。那其中呢，热丝C为底，它是依靠高温进入丝发热裂解碳源的这种气体。呃，那设备实成本是更低的，但是工艺相对来说控制精度没那么高，然后金刚石的纯度跟导热性能会偏弱一些。嗯，然后像MPCVD呢，它是采用这种微波激发 等离体呃等离子体，然后呃在这个真空中进行杂质管控的这种，就是就是在真空跟杂质管控的这种标准是可以对标半导体设备的，那产品的结晶度纯度呃会更好一些。 00:13:00 然后可以量产高质量的这种呃多晶的金刚石啊，也是单晶金刚石蜿蜒生长的最主要的设备。呃，像目前嗯就是后面如果金刚石呃散热的这种嗯赛道进入到量产环节， 00:13:17 那么像MPCVD的设备可能会是建立呃行业壁垒的一个关键点。 00:13:23 那首先呢就是设备的设计上。就会有几个呃核心的难点， 00:13:28 呃，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的均匀性，呃像这腔体的密封和真空控制呃会决定最终这个成品中的杂质含量，然后像这个温床的均匀性调控，它会影响晶圆的应力分布和良率。所以呢就是它并不是呃就是而且就是这种MPCD设备呢，它也不是就是标准化设备啊，就是呃它的腔体结构、微波耦合方式、生产工艺这三者是非常紧密的，这个结合在一起的啊。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。 00:14:14 所以这个设备呢，就是就是嗯，用MPCVD这种工艺去生长金刚石，它需要材料企业跟设备企业有这种长期协同迭代才可以。 00:14:26 那目前呢，就是国产的MPCVD设备的保有量大概占全球的30%左右。呃，国产设备的这个占比从22年的不足20%，到2025年已经到70%啊。但是这个70%呢是台数占比，并不是产值占比啊。像这个高端的8In以上的这种呃大的晶圆片的设备，可能海外仍然占大头啊，所以后面离这种完全自主化还是有一定的这种这个距离。 00:14:55 那除了这个设备之外，CVD生产的工艺的控制也是难点。嗯，就是生产工艺的这种呃，就 是呃生产工艺的稳定性可靠性呃，是连续沉积大面积高质量干金金金刚石的一个保障。那像在外延生长过程中，呃沉积的温度搅拌浓度气体压力呃，这些都是控制这个生长过程的关键参数。 00:15:20 嗯，比如说高温，呃，高温就是一般是对应高生长速率啊，但是温度的均匀性能不能控制很