机械行业金刚石散热材料：AI芯片热管理产业化的拐点与机遇

正文目录金石料为AI片散的熟行择2刚铜单多金刚满多应需求 2CVD与HPHT：石制工的心径6AI墙散瓶从房走封和9NVIDIA冷部：45°C温冷抬芯热阻10进装与HBM堆推动分问复化 球围，业军企正速局刚散热术径 12球据心AI用金石热市空测算 18投建议 19风提示 19图表目录图1金石/铜合料热管领的用 3图2异外沉大单晶刚示4图3单金石晶维生长 5图4马克接制尺寸晶刚石 5图5育石种法HPHT和CVD方法 6图6温压长来金刚石 7图7MPCVD长来单晶刚毛坯 7图8同CVD合装成原理 8图9丝学相积应器三模型 8图10可调微频的MPCVD反器8图热化气沉应器三模型 9图12NVIDIAGPU功势与热料导率 9图13RubinAI基设施面液并持高45°C却液口图14逻折示性12图15ElementSix单13图16CoherentCorpThermadite800产品 13图17DiamondCooling®技术度地AMDInstinctGPU数中心 14图18力钻半体功率热金石能料研制项目 15图19国精超导热CVD金石热片 16表1金石料能2表2室下晶刚物理化性能 4表3国主金石及进展 14表4国主金石及进展 17表5全数中心AI片用刚散的场间测算 18AI芯片散热的成熟可行选择之一表1金刚石材料性能对比

金刚石及其复合材料在导热性能上显著优于传统散热材料。作为自然界2000W/(m·K)600–900约400K约230K性能指标金刚石铜纯铜钨铜钼铜铝铜纯金刚石热导率（W/m.K）600-900398-401180-230150-180170-2002000-2200线膨胀系数（10⁻⁶/K⁻¹）3-816.5-17.26.5-8.56.8-8.57-101.0-1.1密度（g/cm^3）5.6-6.88.9615-179.7-10.22.6-2.83.52可加工性良好优秀中等中等差极差相对成本中高低中中中低极高（10-20倍）供应链成熟度早期量产阶段极成熟成熟成熟未规模化实验室到小批量先进功能材料

金刚石/图1金刚石《高导热金刚石/铜复合材料研究进展》杨子豪等单晶金刚石被誉为综合性能最优异的超宽禁带半导体材料，其在电学、热学和力学等方面的特性均达到了当前已知材料的顶尖水平。然而，受限于制备工艺的复杂性和生长条件的严苛性，单晶金刚石目前仍面临生产成本高表2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透光范围紫外至远红外—热导率2 320W·m⁻¹·K⁻¹饱和电子速度2.7×10⁷cm/s饱和空穴速度1.0×10⁷cm/s电阻率10¹³~10¹⁶Ω/m介电常数5.7—禁带宽度5.45eV击穿场强1.0×10⁷V/cm《半导体用大尺寸单晶金刚石衬底制备及加工研究现状》刘俊杰等CVD图2半导体用大尺寸单品金刚石衬底制备及加工研究现状》刘俊杰等、湘财证券研究所实现单晶金刚石的大尺寸生长，是当前金刚石半导体产业化进程中面临—随着生长轮次的增加，籽晶尺寸变化会持续扰动腔体内的等离子体分布状作为另一条重要技术路径，马赛克拼接法通过将多颗小尺寸籽晶按规则排列后同质外延生长，理论上可突破单颗衬底的尺寸极限，被业内视为实现英寸级单晶金刚石更具潜力的方向。图3单颗刚石晶维生长 图4马赛拼接制尺寸晶金石 半导体用大尺寸单品金刚石衬底制备及加工研究现状》刘俊杰等

半导体用大尺寸单品金刚石衬底制备及加工研究现状》刘俊杰等CVD与HPHT人工制备金刚石的主流技术分为化学气相沉积法（CVD）与高温高压法（PDHPHT法则以六面顶压机为主要设备，通过模拟天然金刚石成矿的超高图5培育钻石两种方法HPHT和CVD方法学粉体两种工艺产出的金刚石材料在晶体结构、性能及应用场景上形成鲜明互HPHTCVD图6高温高生出金刚石 图7MPCVD生出来单晶刚石坯DM新材料观察 DM新材料观察CVD（HFCVD、MPCVD、DC-HCCVD、DCArcJetCVD）HFCVDMPCVDCVDArcJetCVD/CVDDCArcJetCVDHFCVDDC-HCCVDDCArcJetCVDCVD图8不同CVD合成装置合成原理《CVD多晶金刚石膜的生长技术与热导率优化研究进展》王子昂等、湘财证券研究所目前，HFCVD法与MPCVD如12MPCVDMPCVD图9热丝化气沉应器三维型 图10可以节波频的MPCVD反应结构 CVD多晶金刚石膜的生长技术与热导率优化研究进展》王子昂等

CVD多晶金刚石膜的生长技术与热导率优化研究进展》王子昂等AI热墙：散热瓶颈从机房走向封装和芯片当AI——AIGPUAIAIGPU2020年A100的400W2024年Blackwell的2026年Rubin1200W以上，至2028Feynman2000W——图热丝学气沉应器三维型 图12NVIDIA功耗趋势散热料导率 芯联汇 芯联汇AICDU、冷却塔和PUEGPUASIC和HBM度AI解决芯片内部和封装近端的热扩散问题，热管理约束正在向更靠近热源的位这一变化使金刚石散热具备产业化基础。液冷解决的是热量进入冷却液chipletNVIDIA液冷外部图：45°C约束2026年2一代Rubin架构+45℃2300据NVIDIARubinAI100%最高45°CAI3001000图13RubinAI基础设施全面液冷并支持最高45°C冷却液入口温度英伟达）先进封装与HBMAIChiplet、——GPUHBMDie或某华为提出的韬——图14半导体产业网AI全球范围内，行业领军企业正加速布局金刚石散热技术路径ElementSix作为DeBeersCVD150225年1800K，AIGaNCVD品质单晶合成金刚石的可持续规模化生产，为后续订单交付及成本优化提供AIHPCSix凭借其先发技术优势和规模化产能，有望充分受益于合成金刚石材料在热管理图15ElementSixElementSix官网CoherentCorp.于20263月发布Thermadite800800AI15°C。Thermadite-图16CoherentCorpThermadite800产品Coherent官网2026年2月23SystemsNxtGenAI交付全DiamondCooling®技术的英伟达H200GPUAI的环境下工作，将GPU计算量提升而减少PUE和HBM吞吐量提升15%100100%图17DiamondCooling®技术首度落地AMDInstinctGPU数据中心电子创新网从全球布局来看，海外头部企业凭借各自技术先发优势已形成差异化竞争路径。美国AkashSystems率先实现金刚石冷却技术在NVIDIA与AMD两大AI算力平台的双重商用落地，英国ElementSix依托DeBeers集团资源持续突破晶圆级单晶金刚石制造，美国Coherent则凭借可键合金刚石及Diamond-SiC复合材料方案消除界面热阻，日本住友电工在GaN-on-Diamond高频器件领域取得突破，而印度NxtGenAI作为终端应用代表已率先完成金刚石冷却数据中心的规模化部署——欧美日企业主导上游材料与器件创新、印度厂商引领下游场景落地的全球产业格局正加速形成，金刚石散热技术从实验室迈向大规模商用的产业化拐点已然到来。表3区域公司名称核心技术最新进展美国AkashSystems专利DiamondCooling技术，合成金刚石直接集成于GPU散热模组2026年2月向印度NxtGenAI交付全球首批金刚石冷却NVIDIAH200服务器，GPU能效提升15%；3月发布全球首款金刚石冷却AMDMI350X服务器，获3亿美元订单英国ElementSixDeBeersCVDDiamond-Copper复合材料与日本Orbray合作实现晶圆级单晶金刚石制造里程碑，推动热扩散器向大尺寸演进美国CoherentCVD145mm）Load-SupportedSiC复合材料2026年1月推出高性能可键合金刚石解决方案，消除热界面电阻；2025年6月发布金刚石-SiC复合材料美国DiamondFoundry实验室培育金刚石技术，DiamondWafer晶圆级金刚石键合开发芯片级金刚石直接键合技术，声称可解锁5倍AI芯片性能日本住友电工Cu-Diamond复合材料，GaNonDiamond（氮化镓直接键合在金刚石衬底）技术2025年5月与大阪公立大学合作，在2英寸多晶金刚石衬底上成功制造GaN-HEMT，大幅提升高频功率器件散热性能美国SP3Diamond20年CVD金刚石涂层与晶圆制造经验专注为半导体制造提供高质量金刚石晶圆，拓展热管理解决方案产品线印度NxtGenAI终端应用代表，金刚石冷却AI数据中心规模化部署2026年2月在印度率先部署全球首批金刚石冷却NVIDIAH200GPU服务器，显著优化数据中心PUE观研报告网 制作2025年1“+”52025年6月1510kW及以上MPCVD设备300台、14W10020L20台。图18力量钻石半导体高功率散热片金刚石功能材料研发制造项目半导体产业网国机精工金刚石散热片和光学窗口片已实现小批量订单交付，2025年相关收入超过1000万元，产品主要供应国防工业领域；在散热应用方向，公司已构建覆盖金刚石单晶、金刚石多晶及金刚石铜复合材料的产品矩阵，其中CVD（图19国机精工超高导热CVD国机金刚石四方达于2025年12（12英寸金CVDMPCVDCVD124英寸及以上MPCVD国内金刚石散热产业已形成从设备、衬底、热沉到系统集成的全链路布2025MW2025至2026表4公司核心技术最新进展力量钻石微波等离子体CVD技术，生产半导体高功率散热金刚石功能材料，热导率可达2200W/(m.K)2025年1月，半导体高功率散热片金刚石功能材料研发制造项目正式建成投产，迈出产业化重要一步黄河旋风HPHT和CVD作采用MPCVD8英寸2026年2月子公司风优创揭牌，国内首条8英寸金刚石热沉片生产线落成，一期投资3.6亿元，年产能2万片中兵红箭旗下中南钻石全球最大超硬材料供应商之一，具备HPHT和CVD双技术路线加大在多晶金刚石热沉领域的研发投入，积极布局半导体散热材料赛道瑞为新材攻克金刚石与金属结合难题，掌握多梯度一体化制造成型核心技术，实现高导热金刚石铜相热沉低成本量产2025年建成3万平方米研发制造工厂并获评国家级专精特新小巨人；2026年投入数千万元扩产四方达自主研发MPCVD设备及工艺，具备高品质大尺寸超纯CVD金刚石批量制备能力2025年12月宣布已具备批量制备12英寸金刚石衬底及薄膜的能力，可用于芯片热沉等领域化合积电MPCVD制备高质量金刚石晶圆级金刚石衬底、热导率超2000W/(m.K)金刚石热沉2025Ra<1nm；10国机精工具备从六面顶压机+MPCVD设备到材料的全链条自制能力，生产金刚石散热片和光学窗口片2025年金刚石散热收入超千万，12月牵头制定国内首个热沉用金刚石片团体标准沃尔德国内少数掌握CVD法三大工艺（MPCVD、热丝、直流电弧）的企业，开发CVD金刚石热沉片2026年3月定增募资3亿元用于金刚石微钻及功能材料等项目；已成立AI芯片散热专项组，12寸CVD金刚石热沉片处于测试阶段桦茂科技恒盛能源控股子公司，采用MPCVD法生长金刚石，可低成本产出单晶热沉片和多晶热沉片2025年12月二期产线陆续投产，已展开送样测试；金刚石散热片目前仍处试验验证阶段斯莱克针对金刚石与铜不浸润导致的界面热阻问题，联合研发掌握材料配方及气压熔渗制备工艺，旨在降低界面热阻，确定热传导效率2025年底设立热控科技公司专门布局算力热管理，2026年5月宣布成功开发出金刚石铜复合材料热沉结构件，采用气压熔渗法，产品已在重要客户测试验证惠丰钻石惠丰钻石已探索出自支撑薄膜高效制备工艺，并同步推进2—4英寸单晶金刚石热沉片研发。目前，其金刚石热沉片产品已进入下游头部客户验证阶段。2026年2月拟投资10亿元建设包头CVD金刚石项目，一期安装500台MPCVD设备，重点生产热沉片、半导体功能材料及培育钻石；柘城基地同步扩建高导热单晶及复合材料生产线曙光数创采用自研国产冷媒，可实现全年自然冷却，并首次规模化应用金刚石铜导热材料，热导率提升80%，助力芯片性能提升10%2026年48“”2026战略发布会上，正式发布全球首个MW（C003.900kW，达到MW单机柜承载功率为传统液冷方案的3-5倍观研报告网、中国超硬材料网 制作AI430000元/片，据ITGPU约；若47颗芯4286根据中国电子元件行业协会消息：全球数据中心AI芯片出货量预计将从2024年的3050万片增长至2030年的5340万片。此类数据中心AI芯片包括高端和中端GPU、专用