金刚石散热行业深度：AI散热材料革命：金刚石热沉迈入产业化窗口

2026年6月20日AI散热材料革命：金刚石热沉迈入产业化窗口——金刚石散热行业深度行业评级：看好证券研究报告分析师童非分析师张致远邮箱tongfei01@stocke.com.cn邮箱zhangzhiyuan@stocke.com.cn证书编号S1230524050005证书编号S1230525080001添加标题95%摘要21、AI散热需求升级，金刚石热沉迈向规模商用随着高功率芯片热流密度提升，传统材料导热能力逐渐接近上限。金刚石具有目前已知自然界材料中最高的热导率，可用于芯片、光通信、激光器等热管理环节；金刚石铜复合材料可提升传热能力80%、降低芯片温度5℃。2026年4月，金刚石铜复合材料完成郑州国家超算互联网核心节点规模化部署；5月，央视专题聚焦金刚石进入AI赛道。我们认为，金刚石热沉正从性能验证走向工程化应用。2、生长决定性能，加工决定良率金刚石热沉产业链包括金刚石生长、热沉片加工、金属化与键合、器件封装等环节，其中生长与加工是核心。生长环节决定尺寸、热导率和批次一致性，加工环节决定平整度、翘曲度、界面热阻及量产良率。我们认为，大尺寸均匀生长、超精密加工和低热阻键合是产业规模化的主要壁垒。3、渗透率提升打开百亿市场，国产替代窗口逐步显现我们测算，随着金刚石散热方案渗透率由2026年的1%提升至2030年的12%，全球市场规模有望由3.75亿美元增至约67亿美元，CAGR约105%。海外前三大厂商合计份额约52%，主要布局MPCVD大尺寸热沉片及金刚石衬底与液冷方案；国内采用HPHT与CVD双路线并行。降本、扩产和客户认证是决定市场放量的关键变量。4、国内厂商由送样验证迈向小批量交付四方达已通过海外客户测试并进入小批量供货阶段；黄河旋风8英寸热沉片产线投产；力量钻石高功率散热片项目一期投产，持续推进客户送样；沃尔德大功率激光器产品通过认证，并突破散热晶圆生长与加工工艺。风险提示：金刚石散热方案渗透率提升不及预期、量产进度不及预期、客户验证与订单落地不及预期、行业竞争加剧目录C O N T E N T S金刚石热沉：AI散热的下一站010203金刚石热沉：高速成为百亿市场相关标的304风险提示金刚石热沉：AI散热的下一站01Partone4金刚石热沉可解决芯片发热问题015Ø 问题：传统材料导热率低，无法应对高发热功率密度现状目前，常见的Si、SiC和GaN等半导体材料热导率都相对较低，通常不超过500 W/m·K；而大功率电子器件功率密度可达100 W·cm-2；同时，不同功能区域间的功率密度差异会导致芯片内部温度分布的不均，局部热点的发热功率密度甚至是芯片平均发热功率密度的5~10倍。Ø 金刚石热沉解决问题：将发热器件的小局部热量迅速横向扩散然后纵向传递到冷却部件金刚石是目前自然界存在的具有最高热导率热沉材料，有望将积累的热量有效导出，达到理想的散热效果，已被广泛认为是提高半导体器件散热能力的未来方案之一。无论是单晶金刚石，还是多晶金刚石，其热导率均远大于其他衬底材料，可作为替代其他散热衬底材料的更优方案。资料来源：集成技术、未来产链、浙商证券研究所金刚石衬底GaN-HEMT器件热传输示意图金刚石热沉特点016资料来源：北睿科技、浙商证券研究所特性类别核心参数/指标优势应用场景/示例高热导率≥2000 W/(m·K)（铜的5倍）能够快速将热量从热源传导至散热片，有效降低电子器件的温度，提升其稳定性和可靠性射频HEMT器件（CVD金刚石基氮化镓晶片功率密度比碳化硅基提高3倍）优异的热稳定性不含金属催化剂（接近天然金刚石）在高温环境下仍能保持稳定的热导率和结构性能大功率半导体器件、微波器件等高温应用场景良好的机械性能维氏硬度：8000~10000 kgf/mm² 杨氏模量：1000~1100 GPa不易变形或损坏，能够满足复杂环境下的使用需求复杂环境下的使用需求定制化服务尺寸、形状、厚度可选 （单面/双面抛光加工）可根据客户具体需求提供散热材料，满足不同产品的散热解决方案不同产品的散热解决方案Ø 金刚石是目前自然界存在的具有最高热导率热沉材料。CVD金刚石单晶散热材料是采用化学气相沉积（CVD）技术制备而成的高性能散热材料。金刚石热沉与半导体的连接主要方式017Ø 两种直连方式•通过沉积工艺实现直接连接直接沉积金刚石膜可提升器件正向散热，但热膨胀失配易造成外延层开裂；且 CVD 高温氢等离子体环境会刻蚀硅、碳化硅、氮化镓材料，损害器件电学性能。•通过低温键合实现直接连接先完成半导体外延制备，剥离衬底后与金刚石基板低温键合。单晶、多晶金刚石均可用作散热基底，材料可分开预制，简化器件制程。该工艺对接触面平整度、翘曲度、粗糙度要求严苛，加工难度高；键合压力、时长把控难度大，样品易破损，大尺寸芯片量产受限。Ø 多种间接连接方式间接连接成熟方案包括金属间接封装互联，主流工艺包含软钎焊、瞬时液相扩散焊、纳米银低温烧结等资料来源：《金刚石热沉与半导体器件连接技术研究现状与发展趋势》、浙商证券研究所现有金刚石与半导体器件连接工艺的技术路线图金刚石热沉向AI算力赛道跃迁018Ø 金刚石热沉片可应用于光通讯、芯片、激光二极管阵列、5G基站、航空航天Ø 大功率电子器件等的热管理部件随着技术进步,芯片、光电器件等的发热功率密度不断增加,对散热材料的热导率提出越来越高的需求,金刚石因其具有高热导率,是热沉片优选材料,金刚石热沉片的应用可以大大提高器件的性能和稳定性。Ø 金刚石从传统工业材料向AI算力、高端半导体核心材料的身份跃迁2026年5月21日，CCTV-2《经济信息联播》以9分钟黄金档专题《金刚石挺进AI新赛道》，再次聚焦金刚石产业。报道直接落地商业化、产线化、客户化逻辑，标志着金刚石实现从传统工业材料向AI算力、高端半导体核心材料的身份跃迁。资料来源：央视网、化合积电、河北省激光研究所有限公司、浙商证券研究所热沉复合材料：金刚石铜 - 液冷技术破解高算力散热瓶颈019•采用放电等离子烧结工艺制备的金刚石铜冷板直接贴合芯片封装面，通过微通道结构与冷却液形成 “导热 - 散热” 闭环资料来源：化合积电、浙商证券研究所维度核心特点材料构成金刚石（增强相）+ 铜基体（连续相）：将金刚石的超高热导率与铜的优良加工/导电性合二为一。破局痛点1. 突破导热上限：传统纯铜热导率仅~400 W/(m·K)，无法解决>1000 W/cm²局部热点； 2. 解决界面剥离：传统铜与半导体CTE不匹配，热胀冷缩致界面开裂损伤。核心性能优势1. 极高导热：远超纯铜，实现热量极速扩散； 2. 膨胀匹配：CTE为 4.90-8.50×10⁻⁶ K⁻¹，与SiC、GaN等半导体高度契合，从根源消除界面热应力。关键工艺1： 界面改性降阻技术：金刚石表面镀铬、钨钛复合镀膜等； 效果：解决金刚石与铜润湿性差的问题，界面过渡层控制在 <1μm，极大降低界面热阻。关键工艺2： 熔盐法原位制备技术：熔盐法原位反应制备； 效果：金刚石颗粒分布均匀，界面结合强度提升40%，-55℃~125℃循环测试保持 99%性能稳定。关键工艺3： 耐蚀表面处理技术：整体表面镀铬改性； 效果：提升材料耐腐蚀性，适配浸没式液冷氟化液工质。成型工艺放电等离子烧结（S