金刚石散热行业深度：开启AI芯片散热新纪元

内容目录什是刚散？ 5刚为论合能最的热料 5刚铜单/金刚适不应需求 5金石：现本、能衡有最实现业落地 5单、晶刚：最想半体热料，晶望行地 10刚可过立沉、合外生等式和导器进结使用 13独热部：后道装通粘、接强散热 13键：装段芯片行合行接接 15外：过接延生直连达最散热率 18金石热备为AI芯片热极决案力，业进加速 20AI算功指增，传散方面物极限金石热望终极决案 20业进加，用端始证入供端积扩布局 23投建议 30风提示 31图表目录图表1：金石体和颗形貌 5图表2：金石导层领，散热终材料” 5图表3：金石合在热理域应用 6图表4：金石热不及晶多金石也高常的热料 6图表5：金石/界结构简示图 7图表6：金石/复材料性艺 7图表7：金石面7图表8：不金石备方对比 8图表9：真热烧法 8图表10：六顶机 8图表11：放等子结法 9图表12：熔浸法 9图表13：梯金石复合料热体意图 9图表14：不电工下金石热率同 10图表15：不粒下刚石热率同 10图表16：单金石优秀宽带温导材料 10图表17：单金石晶面维长 10图表18：马克接制备尺单金石 10图表19：单金石多晶刚的构别 11图表20：金石膜观结与热率间系 11图表21：不同CVD装合成理 12图表22：目热法MPCVD法主的造线 12图表23：热化气沉积应的维型 13图表24：MPCVD扩膜尺需更的波入功或低波率 13图表25：电封的传导况 14图表26：金石可接加成沉用 14图表27：通超激可实金石材表微通加工 14图表28：等子蚀加工的结阵列 15图表29：LDED材金刚铜合料通道 15图表30：现金石半导器连工的术路线 16图表31：金石/GaN件散结设计 16图表32：金石要通过合外的术助芯进散热 17图表33：将刚作衬底行导器的合 17图表34：金石/GaN面活键的本程 17图表35：含1.5nm中层的刚石/GaN 18图表36：4寸刚底GaN晶圆 18图表37：GaN/金石成亲键技术 18图表38：GaN异外刚石本程 19图表39：在晶刚上生体GaN的艺骤 19图表40：金石底延器可现度幅降 20图表41：金石长AlGaN/GaNHEMT 20图表42：NVIDIAGPU耗演趋与热料导率比 20图表43：集电芯上晶管目化 21图表44：Intel司体器预最热计耗 21图表45：台电CoWos结构 21图表46：热密与热技演进 21图表47：单金石现芯功承力4级跃迁 22图表48：单金石决芯片局热点问题 22图表49：部电封散热料热率热胀系数 23图表50：主半体料性维的达对比 23图表51：ElementSix司主产品 24图表52：CoherentCorpThermadite80024图表53：DiamondFoundry款100nm单金晶圆 24图表54：Orbray20毫方形晶（111）刚板 25图表55：SP3推的SOD技术 25图表56：基于SOD打氮化器件 25图表57：AkashSystems交付球台石却NVIDIAGPU服器 26图表58：AkashSystems推进AMDInstinctMI350XGPU服器 26图表59：在径为2寸的晶刚衬上现GaN-HEMT26图表60：在Si、Sic金刚制的GaN-HEMT散热较 26图表61：半体件长金石 27图表62：风创黄旋风公）品示 27图表63：异外金石的产艺 28图表64：力钻金石半体发心 28图表65：惠钻石CVD金刚散项在头动开工 29图表66：国精超导热CVD刚散片 29图表67：国精金石/复材料 29图表68：沃德集金说（2026年3月） 29图表69：曙数创C8000V3.0兆级变没冷整柜案 30图表70：京火“穹”30图表71：建关公司 30什么是金刚石散热？sp³1913X1954（GE）则（HPHT）图表1：金刚石晶体结构和颗粒形貌来源：《金刚石增强铝基复合材料界面形成机理及导热性能2000～22005～69（CE约1.1.210⁶/K²Ωc5.7AIGaN图表2：金刚石热导率断层领先，为散热“终极材料”（10⁻⁶K⁻¹）CVD金刚石20001.2铝（Al）2378氮化铝（AlN）1704.6氧化铍（BeO）2506.4银（Ag）41019铜（Cu）（10⁻⁶K⁻¹）CVD金刚石20001.2铝（Al）2378氮化铝（AlN）1704.6氧化铍（BeO）2506.4银（Ag）41019铜（Cu）39017硅（Si）1504.1砷化镓（GaAs）566.5碳化硅（SiC）4902.8氮化镓（GaN）1503

热膨胀系数/来源：《金刚石增强铝基复合材料界面形成机理及导热性能金刚石铜、单晶/金刚石/平衡。/图表3：金刚石复合材料在热管理领域的应用来源：《高导热金刚石铜复合材料研究进展金刚石//600～1000W/(m·K（400W/(m·K)）1.5～2.5过调控金刚石体积分数，CTE可精准调控至5～710⁻⁶K，与SC（4×0⁶/K、aN图表4：金刚石铜热导率不及单晶/多晶金刚石，但也高于常见的散热材料Si⁷1504.12.3GaAs⁷395.85.3Al₂O₃¹²206.753.9AlN¹³170~320173.5环氧树脂¹⁵0.215.810.2聚四氟乙烯⁷0.1202.15Al¹⁷23823.62.7Cu¹⁷40017.68.96类型 材料 热导率Si⁷1504.12.3GaAs⁷395.85.3Al₂O₃¹²206.753.9AlN¹³170~320173.5环氧树脂¹⁵0.215.810.2聚四氟乙烯⁷0.1202.15Al¹⁷23823.62.7Cu¹⁷40017.68.96芯片材料陶瓷材料塑料材料金属材料

Invar¹⁶ 11 1.3 8.1Kovar¹⁶ 17 5.9 8.3W-15Cu¹⁸ 215 7.3 16.4金刚石/铜⁷金刚石/铜⁷450~6005.0~7.05.3~6.7金刚石/铝⁷440~5307.0~9.03.1~3.2来源：《高密度集成电路散热用高导热金刚石铜复合材料研究进展金刚石/图表5：金刚石/铜界面结构的简单示意图来源：《电子器件散热用金刚石铜复合材料的制备及性能研究目前常用的解决方法有：（TCroB等（如、T、Cr及Mo等图表6：金刚石/铜复合材料改艺 图表7：金刚石表面金属化 来高热刚铜合料究进展 来《高热刚铜合料究进展/图表8：不同金刚石铜制备方法对比结法金刚石类型-结法金刚石类型-MBD8HFD-DMBD8MBD4PDAMBD8/HHD物料参数基体99.8铜粉99.9电解铜粉99.9铜粉合金/纯铜粉纯铜粉纯铜块/棒B、Ti、Si、物料参数界面改性层-----Cr、Zr、W、Mo物料参数粒径/μm100106~125100~40020~20035~20050~400物料参数体积分数/20~6040~6035~6060~9020~4060~65工艺参数温度/℃900800~1050880~95011001300工艺参数压力/MPa1107040~50800031~4工艺参数时间/min6060~180206~10/5~30性能参数致密度/98.599.2~99.7///99.4~99.7最优热导率/W性能参数・m⁻¹・305536687907/943K⁻¹其他参数制备成本低较低中高较高中其他参数使用频率★★★★★★★★★★★★★

放电等离子烧

高温高压法 冷喷涂沉积法 熔渗法来源：《金刚石/铜复合材料的制备方法及应用现状（通常TiCrGPa≥1000MPa）图表9：真空热压烧结法 图表10：六面顶压机

Finite-elementanalysisonpressuretransfermechanisminlarge-volumecubicpress（720～722W/(m·K图表11：放电等离子烧结法 图表12：熔体浸渗法_

来源：《金刚石铜复合材料制备工艺及应用研究进展图表13：梯度金刚石/铜复合材料散热壳体示意图来源：《电子器件散热用金刚石铜复合材料的制备及性能研究图表14：不同电镀工艺下金石热导率不同 图表15：不同粒径下金刚石热率不同/

/单图表16：单晶金刚石是优秀的宽禁带高温半导体材料性能指标数值单位强度>1.2GPa硬度1.0×10⁴kg/mm²抗压强度>110GPa拉伸模量1.14×10³GPa透光范围紫外到远红外—热导率2320W·m⁻¹·K⁻¹饱和电子漂移速度2.7×10⁷cm/s饱和空穴漂移速度1.0×10⁷cm/s电阻率10¹³~10¹⁶Ω/m介电常数5.7—禁带宽度（带隙）5.45eV击穿场强1.0×10⁷V/cm来源：《半导体用大尺寸单晶金刚石衬底制备及加工研究现状图表17：单颗金刚石多晶面维长 图表18：马赛克拼接法制备尺单晶金刚石 来半体大寸晶刚底制及工究状 来半体大寸晶刚底制及工究状多晶金刚石通过CVD多CVD1000～1800W/(m·K图表19：单晶金刚石与多晶金刚石的结构区别来源：UKAMIndustrialSuperhardTools（NC10n（C1～10nm图表20：金刚石薄膜微观结构与其热导率之间关系来源：《AreviewofthermalpropertiesofCVDdiamondfilmsCVD（HCVMPV（D-HCCV（DCarcjtCD。图表21：不同CVD装置合成原理来源：《CVD多晶金刚石膜的生长技术与热导率优化研究进展目前热丝法、MPCVD法是主要的制造路线。图表22：目前热丝法、MPCVD法是主要的制造路线直流电弧等离子体喷射化热丝化学气相沉积指标CVD）活化方式CVD）活化方式热活化电弧放电电磁活化辉光放电沉积面积0.5平方米7英寸8英寸8英寸

学气相沉积（Carc

微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）

直流热直流热阴极化学气相沉积（DC-HCCVD）沉积速率/（微米・小时⁻¹）

1月10日 5-930 0.1-34 6月25日气体温度/开尔文1500-36004000-70002500-40001500-6000多晶热导率/（瓦・米⁻¹・开尔文约1200约1800约2000约1200⁻¹）沉积面积大；设备成通过杂质抑制和晶体取向控制，性价比高，可对复杂几优点缺点散热应用场景

本低热导率低，灯丝污染，沉积速率慢中端应用的大面积热管理

大面积覆盖下沉积速率高电极污染导致热导率下降，薄膜均匀性差工业级散热片应用

实现接近单晶的热导率工艺资本投入大，沉积速率低，大面积均匀性不佳大面积晶圆级集成的先进集成电路温度调控

何结构实现高速沉积低中低功率器件用非标准几何结构散热片来源：《CVD多晶金刚石膜的生长技术与热导率优化研究进展CVDCVD（12图表23：热丝化学气相沉积反应器的三维模型来源：《CVD多晶金刚石膜的生长技术与热导率优化研究进展MPCVDMPCVD图表24：MPCVD要扩大成膜尺寸需要更大的微波输入功率或降低微波频率来源：《CVD多晶金刚石膜的生长技术与热导率优化研究进展图表25：电子封装的热传导情况来源：Joy官网图表26：金刚石铜可直接加工成热沉使用来源：《金刚石/铜复合材料制备工艺及应用研究进展图表27：通过超快激光可实现金刚石基材料表面微通道加工来源：《金刚石基材料及其表面微通道制备技术在高效散热中的应用来源：《金刚石基材料及其表面微通道制备技术在高效散热中的应用图表29：LDED增材制造金刚石铜复合材料微通道来源：《金刚石基材料及其表面微通道制备技术在高效散热中的应用（）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GaNGaNSiGaNSiNGaNGaN图表31：金刚石/GaN器件散热结构设计来源：《GaN器件金刚石近结集成热管理技术研究进展2019GaN-77。图表32：金刚石主要可通过键合或外延的技术帮助芯片进行散热来源：《金刚石/GaN异质外延与键合技术研究进展图表33：将金刚石作为衬底进行半导体器件的键合来源：《金刚石热沉与半导体器件连接技术研究现状与发展趋势/GaN/GaNGaNGaN暴露的底面通过磁控溅（MOCVD）GaN图表34：金刚石/GaN表面活化键合的基本流程来源：《金刚石/GaN异质外延与键合技术研究进展图表35：含1.5nm中间层的金刚石/GaN 图表36：4英寸金刚石衬底GaN来金石/GaN异外与技术究展 来金石/GaN异外与技术究展2023GaNGaNOHOHGaN图表37：GaN/金刚石集成亲水键合技术来源：《GaN器件金刚石近结集成热管理技术研究进展GPUAu、Mo、Ag、CuSi、GaNGaNSiSiCGaNGaNGaNGaN图表38：GaN异质外延金刚石基本流程来源：《GaN器件金刚石近结集成热管理技术研究进展GaNPECVDSiNxUVSiNxSiNxGaNGaNGaN图表39：在多晶金刚石上生长晶体GaN的工艺步骤来源：《金刚石/GaN异质外延与键合技术研究进展通过在单晶/多晶金刚石衬底上外延GaN，可以实现温度大幅下降。图表40：金刚石衬底外延器可现温度大幅下降 图表41：金刚石生长AlGaN/GaNHEMT来微等子化气沉法合高热刚材及件进展， 来微等子化气沉法合高热刚材及件进，国金证券研究所

国金证券研究所AIAIAIAIGPU2020A100400W2024BlackwellRubin/VeraRubin1200WFeynman图表42：NVIDIAGPU功耗演进趋势与散热材料热导率对比来源：半导体产业研究2000图表43：集成电路芯片上晶管目变化 图表44：Intel公司半导体器件计最大热设计功耗来金石强基合料面形机及热能 来《ydiinAICoWoS、SoIC2.5D/3DLow-k80W/(mK)约40W/(m)TIM约2～7W(K3D图表45：台积电CoWos结构来源：《三维集成电路制造技术——AI芯片热点处的热流密度已从3DAI1000W/cm²，对传图表46：热流密度与散热技术演进来源：《AdvancingThermalManagementTechnologyforPowerSemiconductorsthroughMaterialsandInterfaceEngineering金刚石散热在热导率、热膨胀系数、电学特性等方面均有很强的适配性AI芯片局部热流密度过高问题的可行材料选择。2000～2200W/(m·K)5～6SiC4～6780W6200W10℃、7图表47：单晶金刚石实现芯片功耗承载力4倍量级跃迁来源：DiamondFoundryAI1000～2500W/cm²图表48：单晶金刚石解决芯片“局部热点”问题来源：DiamondFoundry金刚石的低CTE与AIAICTE1.0～1.2×10⁻⁶/K，GaN、SiC（CTE≈17.6×10⁻⁶/K）13.5×10⁻⁶/KAI，GPUCTECTEAI/CTE5～7×10⁻⁶/KAI图表49：部分电子封装散热材料的热导率和热膨胀系数来源：《Ultrahigh-thermal-conductivitypackagingmaterialsSemiconductorThermalMeasurementandManagementIEEETwentyFirstAnnualIEEESymposiumAIAI5.eSi（326eGa（3.eV12e3（0.3MV/cm）30AIGaN（8.9介电常数亦有效降低高频信号传输的寄生电容与介电隔离层，信号不造成不良影响。图表50：主流半导体材料性能维度的雷达图对比来源：半导体行业观察ElementSix（DeBeers）CVD150级单晶金刚石产品。2025年1月，ElementSix发布铜-金刚石复合材料，热导率约800W/(m·KAI、HPCGaNRFCVD图表51：ElementSix公司主要产品来源：ElementSix官网CoherentCorp20263Thermadite800Diamond-SiCAICVD145mm。图表52：CoherentCorpThermadite800产品来源：Coherent官网DiamondFoundry20234AI10AI5图表53：DiamondFoundry首款100nm单晶金刚石晶圆来源：DiamondFoundry官网20246ElementSixOrbray3220264GPU图表54：Orbray20毫米方形单晶（111）金刚石基板来源：Orbray官网SP3Diamond推出了金刚石上硅（siliconondiamond，SOD）技术，将衬底直接用于硅/100mm300mm图表55：SP3推出的SOD技术 图表56：基于SOD打造氮化镓器件来源：《AdvancesandChallengesinLargeDiameterSilicononDiamondSubstrates

来源：《AdvancesandChallengesinLargeDiameterSilicononDiamondSubstratesAkashSystems20262SystemsDiamondCoolingH200GPUNxtGenGPU55～60℃，GPU15。3AkashSystemsAMDInstinctMI350XGPUAI3MiTACComputingAMDAI图表57：AkashSystems交付全球首台钻石冷却NVIDIAGPU服务器

图表58：AkashSystems推进AMDInstinctMI350XGPU服务器来源：AkashSystems 来源：AkashSystems202552GaN-HEMTCu-DiamondGaNonDiamond图表59：在直径为2英寸的多晶金刚石衬底上实现GaN-HEMT结构

图表60：在Si、Sic和金刚石制造的GaN-HEMT的散热比较来源住电工 来源住电工SrabantiChowdhury400℃CMOS3D图表61：半导体器件生长金刚石DiamondBlanketsWillChillFutureChipsAMicrometers-ThickIntegratedLayerSpreadsOuttheHeat国内金刚石散热产业化在2025～2026年间明显提速，材料端产能扩张率先突破，设备端国产化初步解决装备依赖，应用端验证同步推进。2026282000～2200W/(m·K3.62图表62：风优创（）产品展示来源：黄河旋风2250GaNonDiamond(111)来源：化合积电202512026年公司披露的二期300MPCVD10020图表64：力量钻石金刚石半导体研发中心来源：粉体网202512HPHTCVDMPCVD120CVD5MPCVD45图表65：惠丰钻石CVD金