> **来源：[研报客](https://pc.yanbaoke.cn)** # 金刚石散热技术研究报告总结 ## 核心内容概述 金刚石散热技术因其卓越的热导率、低热膨胀系数和优异的电绝缘性，被视作解决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”。随着AI算力功耗指数增长，传统散热方案面临物理极限，金刚石散热成为未来散热技术的重要发展方向。 ## 主要观点 1. **金刚石材料优势显著**： - 单晶金刚石的热导率可达2000～2200 W/(m·K)，是铜的5～6倍、铝的9倍以上。 - 金刚石具备低热膨胀系数（约1.0～1.2×10⁻⁶/K）和低介电常数（5.7），与主流半导体材料高度匹配。 2. **金刚石铜复合材料**： - 金刚石铜复合材料兼具高热导率与低热膨胀系数，是当前最接近大规模量产的金刚石散热方案。 - 热导率可达450～943 W/(m·K)，比纯铜高1.5～2.5倍。 - 通过调控金刚石颗粒含量，可实现CTE在5～7×10⁻⁶/K之间，满足不同封装需求。 3. **单晶与多晶金刚石应用**： - 单晶金刚石是理想的半导体散热材料，但成本高、大尺寸制备难度大。 - 多晶金刚石通过CVD工艺灵活控制晶粒尺寸，具备较强规模化潜力，热导率可达1000～1800 W/(m·K)。 4. **多种连接方式实现散热**： - 金刚石可通过独立热沉、键合、外延生长等方式与半导体器件结合。 - 独立热沉是基础通用方案，键合与外延生长则是更高级的应用形式。 5. **AI算力与散热需求激增**： - AI芯片功耗持续攀升，局部热流密度达到1000～2500 W/cm²，传统散热方案已无法应对。 - 金刚石散热在芯片近结界面实现高效横向均热，有效解决局部热点问题。 6. **产业化进展迅速**： - 应用端已开始验证，如Akash Systems交付全球首批搭载金刚石散热技术的NVIDIA GPU服务器。 - 供应端积极扩产布局，如黄河旋风、沃尔德、力量钻石等企业推进金刚石散热材料与设备的产业化。 ## 关键信息 - **热导率对比**： - 单晶金刚石：2000～2200 W/(m·K) - 多晶金刚石：1000～1800 W/(m·K) - 铜：约400 W/(m·K) - 铝：约237 W/(m·K) - **热膨胀系数（CTE）**： - 金刚石：1.0～1.2×10⁻⁶/K - 铜：17.6×10⁻⁶/K - 硅：4.1×10⁻⁶/K - 碳化硅（SiC）：2.8×10⁻⁶/K - **关键应用案例**： - Akash Systems推出搭载金刚石散热技术的NVIDIA H200和AMD MI350X GPU服务器。 - Diamond Foundry制造出4英寸单晶金刚石晶圆，用于GaN器件的散热提升。 - 黄河旋风建成8英寸金刚石热沉片生产线，热导率达2000～2200 W/(m·K)。 - **制备工艺与技术路线**： - 真空热压烧结法、高温高压法、放电等离子烧结法、熔体浸渗法等为主要工艺。 - MPCVD和HFCVD是主要的CVD制造路线，其中MPCVD具备更高热导率和更好的均匀性。 - 金刚石/GaN键合技术采用中间层和表面活化工艺，以提升键合强度和降低热阻。 - **未来趋势**： - 金刚石散热有望成为AI芯片散热的终极解决方案。 - 产业界对金刚石散热材料的需求持续增长，应用端和供应端均在加速推进。 ## 投资建议 - 金刚石散热具备成为AI芯片散热终极解决方案的潜力，未来成长空间巨大。 - 建议关注积极布局金刚石散热领域的企业，如Akash Systems、Element Six、Diamond Foundry、黄河旋风、沃尔德等。 ## 风险提示 - 大规模商用进展不及预期。 - 下游需求不及预期。 ## 结论 金刚石散热技术在AI芯片散热领域展现出巨大潜力，其高热导率和热膨胀系数匹配性使其成为解决高热流密度散热难题的关键材料。随着产业化进程的加速，金刚石散热有望成为未来半导体散热技术的主流方案。