金刚石散热行业研究：开启AI芯片散热新纪元

投资逻辑： 什么是金刚石散热? 金刚石为理论综合性能最优的散热材料：单晶金刚石室温热导率达2000～2200W/(m·K)，是铜的5～6倍、铝的9倍以上，突破了传统金属材料的导热上限。除极高热导率外，金刚石还兼具与主流半导体材料高度匹配的低热膨胀系数、优异的电绝缘性以及低介电常数，这些特性使金刚石成为解决AI芯片、GaN功率器件等高热流密度场景散热难题的"终极材料"。 金刚石铜、单晶/多晶金刚石适配不同应用需求：金刚石铜在在保留大部分导热优势的同时，显著降低了制备成本与加工难度，最接近大规模量产的技术路线，可直接作为热沉使用，在高功率芯片、雷达、激光器、光模块等领域均有广阔应用前景。单晶/多晶金刚石则为更理想的散热材料，其中多晶有望先行落地，主要通过HFCVD或MPCVD技术制备。 金刚石可通过独立热沉、键合、外延生长等方式和半导体器件进行结合使用：金刚石基材料首先可以直接作为热沉使用替代原有散热材料，将其加工为翅片结构，通过导热界面材料（TIM）将金刚石直接贴合在器件封装的散热外壳表面，工艺最简单、可拆解更换，是基础的通用性方案。单晶/多晶金刚石还可通过键合、外延技术来实现和半导体器件的连接，目前产业针对金刚石/GaN器件的键合、外延连接方式均已经有较成熟的研究，制造的例如金刚石衬底GaN晶圆散热性能大幅提升，未来将金刚石和AI芯片进行连接使用有望成为新的产业趋势。 金刚石散热具备成为AI芯片散热终极解决方案潜力，产业化进展加速。 AI算力功耗指数增长，传统散热方案面临物理极限，金刚石散热有望成终极解决方案：目前随着GPU芯片功率密度提升、芯片向2.5D/3D堆叠演进将逐步跨过传统散热材料的物理极限，局部热点处热流密度可达1000～2500W/cm²，全面超越传统风冷、铜液冷板乃至两相液冷方案上限，金刚石超高热导率将成终极解决方案。 产业化进展加速，应用端开始验证切入，供应端积极扩产布局：目前我们一方面看到应用端持续加速，2026年2月，AkashSystems完成全球首批搭载金刚石散热技术的英伟达H200 GPU服务器交付，后续进一步推出搭载AMD InstinctMI350X GPU的金刚石冷却AI服务器，英特尔CEO宣布投资了一家人造金刚石晶圆公司，看好钻石作为散热材料在芯片封装领域的应用潜力。同时国内供应端正积极扩产布局，黄河旋风、沃尔德等企业均宣布扩产布局金刚石散热领域，例如沃尔德目前已经实现了最大尺寸320mm*320mm，兼容直径50mm-300mm的主流晶圆尺寸金刚石散热片制造，并已经开始向客户交付进行验证。 投资建议与估值 金刚石散热具备成为AI芯片散热终极解决方案潜力，未来潜在成长空间巨大，建议关注积极布局金刚石散热领域的企业。 风险提示 大规模商用进展不及预期风险、下游需求不及预期风险。 内容目录 1.什么是金刚石散热？...........................................................................51.1金刚石为理论综合性能最优的散热材料.....................................................51.2金刚石铜、单晶/多晶金刚石适配不同应用需求..............................................51.2.1金刚石铜：实现成本、性能平衡，有望最快实现产业化落地.................................51.2.2单晶、多晶金刚石：最理想的半导体散热材料，多晶有望先行落地..........................101.3金刚石可通过独立热沉、键合、外延生长等方式和半导体器件进行结合使用.....................131.3.1独立热沉部件：在后道组装中通过粘接、焊接强化散热....................................131.3.2键合：封装阶段与芯片进行键合进行间接连接............................................151.3.3外延：通过直接外延生长直接连接达到最优散热效率......................................182.金刚石散热具备成为AI芯片散热终极解决方案潜力，产业化进展加速...............................202.1AI算力功耗指数增长，传统散热方案面临物理极限，金刚石散热有望成终极解决方案.............202.2产业化进展加速，应用端开始验证切入，供应端积极扩产布局................................233.投资建议....................................................................................304.风险提示....................................................................................31 图表目录 图表1：金刚石晶体结构和颗粒形貌..............................................................5图表2：金刚石热导率断层领先，为散热“终极材料”.................................................5图表3：金刚石复合材料在热管理领域的应用......................................................6图表4：金刚石铜热导率不及单晶/多晶金刚石，但也高于常见的散热材料..............................6图表5：金刚石/铜界面结构的简单示意图.........................................................7图表6：金刚石/铜复合材料改性工艺.............................................................7图表7：金刚石表面金属化......................................................................7图表8：不同金刚石铜制备方法对比..............................................................8图表9：真空热压烧结法........................................................................8图表10：六面顶压机...........................................................................8图表11：放电等离子烧结法.....................................................................9图表12：熔体浸渗法...........................................................................9图表13：梯度金刚石/铜复合材料散热壳体示意图..................................................9图表14：不同电镀工艺下金刚石铜热导率不同....................................................10图表15：不同粒径下金刚石铜热导率不同........................................................10图表16：单晶金刚石是优秀的宽禁带高温半导体材料..............................................10 图表17：单颗金刚石多晶面三维生长............................................................10图表18：马赛克拼接法制备大尺寸单晶金刚石....................................................10图表19：单晶金刚石与多晶金刚石的结构区别....................................................11图表20：金刚石薄膜微观结构与其热导率之间关系................................................11图表21：不同CVD装置合成原理................................................................12图表22：目前热丝法、MPCVD法是主要的制造路线.................................................12图表23：热丝化学气相沉积反应器的三维模型....................................................13图表24：MPCVD要扩大成膜尺寸需要更大的微波输入功率或降低微波频率.............................13图表25：电子封装的热传导情况................................................................14图表26：金刚石铜可直接加工成热沉使用........................................................14图表27：通过超快激光可实现金刚石基材料表面微通道加工........................................14图表28：等离子体蚀刻加工后的微结构阵列......................................................15图表29：LDED增材制造金刚石铜复合材料微通道.................................................15图表30：现有金刚石与半导体器件连接工艺的技术路线............................................16图表31：金刚石/GaN器件散热结构设计..........................................................16图表32：金刚石主要可通过键合或外延的技术帮助芯片进行散热....................................17图表33：将金刚石作为衬底进行半导体器件的键合................................................17图表34：金刚石/GaN表面活化键合的基本流程....................................................17图表35：含1.5nm中间层的金刚石/GaN..........................................................18图表36：4英寸金刚石衬底GaN晶圆.............................................................18图表37：GaN/金刚石集成亲水键合技术........................