20260722-华源证券-金刚石散热更新_挺进AI赛道_应用空间广阔_15页_2mb

金刚石散热技术发展与应用总结

核心内容

随着AI芯片功率的持续提升，传统散热技术已难以满足散热需求，金刚石因其卓越的导热性能成为新一代散热材料的重要选择。金刚石的热导率是铜的5倍、硅的10倍，其高硬度、化学稳定性、光学透过性等特性使其在散热领域具有广泛的应用前景。目前，金刚石散热技术正处于从实验室走向规模化应用的关键阶段，行业竞争格局逐步形成，国内厂商技术储备丰富，正加速布局。

主要观点

1. 散热需求激增，液冷技术迭代成为刚需

• AI芯片功率预计在2026年达到800W，2029年达到4400W，2035年可能突破15,360W。
• 传统铜或硅基底散热材料已逼近极限，液冷技术成为解决高热流密度问题的关键。
• 液冷技术路线多样，包括微通道、两相冷却等，目前仍处于多技术并行阶段。

2. 金刚石散热材料性能优越，应用前景广阔

• 金刚石热导率高达2000-2200 W/m·K（单晶），显著优于铜和碳化硅。
• 金刚石散热材料可广泛应用于5G基站、新能源汽车、高功率激光二极管及AI服务器等领域。
• 5G基站功率放大器使用金刚石散热后，工作温度可降低30-50℃，寿命延长一倍以上。
• AI服务器中，金刚石散热可显著提升芯片运行速度与使用寿命。

3. 主流散热方案及技术路径

主流方案1：金刚石+铜/铝/碳化硅复合材料

• 热导率可达500-800 W/m·K。
• 通过表面金属化处理（如Ti/Ni/Au叠层）实现金刚石与金属的可靠连接。
• 微通道制造需精密加工，如激光加工、干法刻蚀等。

主流方案2：纯金刚石散热片

• 单晶金刚石热导率最高可达2200 W/m·K，多晶可达1800 W/m·K。
• 与两相冷却结合，可实现10-100倍的散热性能提升。
• 可大幅降低芯片温度，提升芯片性能和寿命。

4. 金刚石散热材料的生产方法

方法一：高温高压法（HPHT）

• 模拟天然金刚石形成条件，将石墨转化为金刚石。
• 产出单晶颗粒，适用于培育钻石，但尺寸较小，不适合大面积散热。

方法二：化学气相沉积法（CVD）

• 可按需制备大尺寸、高纯度金刚石材料，适用于散热片和晶圆。
• MPCVD是主流技术路线，具备高纯度和高可控性。

5. 国内与海外产业布局

• 海外：Element Six市场份额约40%，日本住友电工、Diamond Foundry、Coherent等也有布局。
• 国内：多家企业如四方达、沃尔德、国机精工、惠丰钻石、黄河旋风、力量钻石等已布局金刚石散热材料，技术路线多样，产能逐步提升。

6. 成本下降趋势与市场前景

• 金刚石散热材料成本仍有30%-50%的下降空间，主要依赖于提高生长速度、设备国产化、规模效应等。
• 2023年全球市场规模约45-50亿美元，预计2030年将达120-150亿美元，年复合增长率18%-22%。
• 市场增长核心动力来自5G基站建设、新能源汽车渗透率提升、AI服务器需求增长等。

关键信息

金刚石散热技术优势

• 高导热性：单晶金刚石热导率高达2200 W/m·K，是铜的5倍。
• 低热阻：与传统铜质冷板相比，采用Thermadite 800可使芯片温度降低15℃以上。
• 轻量化：密度较铜降低约60%，适合重量敏感系统。
• 与两相冷却结合：通过芯片层面集成金刚石，可实现两相冷却，提高散热效率。

产业进展

• 2026年2月，Akash交付首批搭载H200的金刚石散热服务器。
• 2026年1-4月，金刚石相关公司送检总量超过2025年全年水平。
• 国内企业如四方达、沃尔德、国机精工等已具备CVD金刚石生产能力，并进入小批量供货阶段。

风险提示

• 下游技术进度不及预期：液冷技术路线调整可能影响散热材料需求。
• 竞争格局恶化：国内外企业众多，未来竞争可能加剧。
• 下游需求波动：高功率芯片和机柜进度可能影响AI散热产品需求。

投资价值与展望

• 金刚石散热材料在AI、5G、新能源汽车等领域的应用将推动市场规模持续扩大。
• 国内企业具备技术储备与产能扩张潜力，MPCVD设备国产化加速将有助于成本下降。
• 未来随着技术成熟与成本降低，金刚石散热材料有望实现大规模商业化应用。

证券分析师声明

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投资评级说明

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市场基准指数

• A股市场（北交所除外）：沪深300指数
• 北交所市场：北证50指数
• 香港市场：恒生中国企业指数（HSCEI）
• 美国市场：标普500指数或纳斯达克指数
• 新三板市场：三板成指或三板做市指数