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_21页_728kb

金刚石散热行业深度总结

核心内容

随着航天航空、电子技术等领域的快速发展，芯片级和模块级电子设备正朝着微型化、多功能化、高功率密度方向演进。然而，芯片集成度提升和尺寸微缩导致其功耗和发热量显著增加，进而引发半导体元件失效率上升的问题。研究表明，服役温度每上升18°C，半导体元件失效率就提高两到三倍，因此，芯片散热问题成为制约其性能和寿命的关键因素。

为解决这一问题，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。目前，散热技术主要分为散热材料和散热技术两类，其中散热材料包括热界面材料（TIM）、金属和陶瓷基导热材料；散热技术则涵盖风冷、液冷、热管、VC均热板及散热器等方案。

主要观点

• 金刚石材料的优势：金刚石热沉材料因其天然热导率高达2000-2500W/(m·K)，是铜的4倍、铝的8倍以上，且其热膨胀系数与硅和碳化硅高度匹配，有效避免了因热膨胀失配导致的界面脱层问题，是芯片散热的优选材料。
• 电子封装材料需求：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，以确保电子设备的稳定、可靠及安全运行。金刚石因其优异的热学性能，成为电子封装材料的重要候选。
• 金刚石合成方法：金刚石材料分为单晶和多晶，应用领域不同。CVD法相较于HTHP法更适合半导体领域的晶圆级金刚石制备，其中MPCVD因无电极污染被认为是更优方案。

关键信息

金刚石材料性能对比

金刚石主要合成方法对比

市场规模预测

根据华安证券研究所测算，保守估算下，2032年全球金刚石散热市场规模有望达到97亿元。假设金刚石散热方案在AI芯片中渗透率分别为5%、10%、25%，同时其在芯片成本中占比分别为5%、8%、10%，则市场规模分别为97亿元、195亿元、974亿元。

相关标的

• 沃尔德：超硬刀具领军企业，2024年营收6.79亿元，同比增长12.54%。公司持续布局金刚石功能材料，2024年金刚石功能材料营收0.37亿元，占比5.4%。毛利率和净利率分别为53.5%、13.1%。
• 四方达：复合超硬材料领军企业，2024年营收5.25亿元，同比下降3.19%。公司自研MPCVD设备，拓展CVD金刚石在高端制造领域的应用，2024年CVD金刚石营收0.28亿元，占比5.3%。毛利率和净利率分别为51.8%、3.13%。
• 国机精工：超硬材料领军企业，2024年营收26.58亿元，同比下降4.53%。2025年Q1-Q3营收同比增长27.17%，净利率达10.66%。公司通过定增项目加速布局MPCVD设备，预计项目投产后产生收入约1.03亿元。

风险提示

1. 技术开发不及预期；
2. 下游客户产品接受及产品验证不及预期；
3. 新技术替代风险；
4. 市场需求波动风险；
5. 原材料成本大幅提升及原材料采购受阻影响生产风险；
6. 宏观环境风险；
7. 市场竞争加剧风险；
8. 汇率波动风险；
9. 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。