机械设备深度报告：钻石散热专题-高效散热材料，商业化进程持续推进

证券研究报告：机械设备|深度报告市场有风险，投资需谨慎请务必阅读正文之后的免责条款部分行业投资评级强于大市 |维持行业基本情况收盘点位2116.6352 周最高2116.6352 周最低1420.7行业相对指数表现（相对值）2024-122025-032025-052025-072025-102025-12-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%35%机械设备沪深300资料来源：聚源，中邮证券研究所研究所分析师:刘卓SAC 登记编号:S1340522110001Email:liuzhuo@cnpsec.com分析师:陈基赟SAC 登记编号:S1340524070003Email:chenjiyun@cnpsec.com分析师:虞洁攀SAC 登记编号:S1340523050002Email:yujiepan@cnpsec.com近期研究报告《固态电池系列专题：什么是等静压设备？》 - 2025.12.05钻石散热专题高效散热材料，商业化进程持续推进l投资要点高功率电子器件热管理问题愈发严峻，散热会明显影响电子器件性能、寿命、安全性。近年来，随着电子器件遵循着摩尔定律逐步向集成化、高热流密度和微小型化的快速发展，其热管理问题正变得越来越严峻。以芯片为例，有效清除集成电路芯片产生的热量对保证系统的持续、稳定和平稳运行越来越重要，如果散热跟不上，不仅会影响性能，还可能缩短寿命甚至引发安全隐患。研究发现，电子元器件的可靠性对温度十分敏感，当电子元器件的工作温度达到 70~80℃后，温度每上升 1℃，其可靠性就会降低 5%。超过 55%的电子设备失效的主要原因是温度过高。金刚石热导率远高于其他材料，且具有优异的热扩散系数、良好的绝缘性与低介电常数。天然单晶金刚石在室温下的热导率高达2000-2200W/(m*K)，是铜(约 400W/(m*K))的 5 倍，铝的 10 倍以上。这意味着热量能以极高的效率通过金刚石材料传递出去，显著降低芯片结温。同时，金刚石拥有极高的热扩散系数，使其能够迅速响应芯片局部热点的温度变化，避免热量淤积，这对于处理单元高度集中的AI 芯片尤为重要。此外，金刚石是优良的电绝缘体，同时具有较低且稳定的介电常数。这使其在作为散热介质的同时，不会引入额外的寄生电容，对芯片高频电信号的完整性影响极小，契合 AI 芯片高频率运行的需求。热沉片是当前金刚石散热重要应用方式。金刚石当前重要应用方式是作为“热沉”紧密贴合在产热核心之上，扮演高效的“热量搬运工”角色，其连接工艺包括直接连接、间接连接，其主要应用形式包括:衬底型热沉、帽盖型热沉。芯片内嵌与晶圆级集成更前沿的技术路线包括:在芯片制造阶段，将金刚石微通道或金刚石层通过晶圆键合技术，与硅芯片集成；或者在宽禁带半导体芯片上，外延生长金刚石层。在射频功率放大器和激光二极管领域，金刚石热沉已实现商业化应用，验证了其可靠性。多种材料/制备方式齐头并进，技术尚未完全定型。目前金刚石热管理领域主要以单晶金刚石、金刚石铜及金刚石铝、金刚石/SiC 基板、金刚石微粉等体系为主，各自对应不同的应用场景和性能需求。以单晶金刚石为例，其导热率远高于其他材料，在高端电子器件散热中有着广阔的应用潜力，但要大规模应用仍有价格昂贵、接触界面传热效率等痛点，仍需在成本、加工和界面工程上不断突破。AI 芯片领域，钻石散热潜在市场空间广阔。假设 2030 年全球 AI芯片市场规模为 3 万亿人民币；AI 芯片中钻石散热方案渗透率分别为 5%、10%、20%、50%；钻石散热价值量占比分别为 5%、8%、10%，进行弹性测算，钻石散热市场空间的区间为 75 亿至 1500 亿。发布时间：2025-12-26请务必阅读正文之后的免责条款部分2相关上市公司：国机精工、沃尔德、四方达、力量钻石、惠丰钻石。l风险提示：钻石散热产业进展不及预期。请务必阅读正文之后的免责条款部分3目录1钻石散热专题：高性能散热材料，商业化进程持续推进...........................................51.1金刚石：高性能散热材料，热导率出类拔萃.................................................51.2多种材料/制备方式齐头并进，技术尚未完全定型............................................71.3潜在市场空间广阔，相关上市公司积极布局................................................132风险提示..................................................................................14请务必阅读正文之后的免责条款部分4图表目录图表 1： GaN 芯片失效速率与温度的关系.....................................................5图表 2： 温度为电子器件主要失效原因 ...................................................... 5图表 3： 金刚石与几类主要散热材料性能对比 ................................................ 6图表 4： Akash 钻石冷却技术对于数据中心以及 GPU 的作用.....................................7图表 5： 金刚石与半导体的连接工艺 ........................................................ 8图表 6： 金刚石热沉片现有商业应用案例（高功率半导体激光器）...............................9图表 7： 单晶金刚石图片 .................................................................. 9图表 8： HFCVD 加工方法..................................................................10图表 9： MPCVD 加工方法..................................................................10图表 10： 多晶金刚石图片 ................................................................ 11图表 11： 金刚石复合材料 ................................................................ 12图表 12： AI 芯片领域钻石散热市场空间弹性测算表..........................................13图表 13： 钻石散热相关上市公司介绍 ...................................