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首页 > 行业新闻 > 【行业新闻】为什么金刚石散热材料,是AI未来十年的关键陶瓷材料?

AI大模型迭代加速,高端算力芯片功耗持续暴涨,散热问题已成为制约AI性能释放的核心难题。传统铜、铝无法满足超高功耗芯片的散热需求。在此行业背景下,金刚石、金刚石/铜、金刚石/SiC高效散热材料脱颖而出,被认定为未来十年先进陶瓷赛道、AI算力产业的战略性关键材料。本文以通俗问答形式,清晰拆解行业现状、材料应用及未来产业布局。普通人看不懂其中逻辑,今天一次性讲清楚。

Q

为什么传统散热材料不行了?

A

当下AI服务器、旗舰GPU功耗大幅提升,热流密度超过100 W/cm²,传统风冷及铜铝均热板方案难以维持芯片结温在安全阈值以内。金刚石材料具备已知物质中最高的热导率(2000 W/(m·K)),且热膨胀系数(CTE)与硅(约2.6 ppm/℃)及碳化硅(约2.5~3.5 ppm/℃)相近,可有效降低热失配应力,提升封装可靠性。目前,英伟达、AMD及台积电均已公开路线图,计划在下一代高性能计算芯片中导入金刚石基热沉或复合热界面材料。行业共识认为,2026年即为金刚石散热方案的规模化商用元年,其角色正从“增强选项”转变为“刚需配置”。


Q

当前主流金刚石散热材料包含哪些?各路线优劣如何?

A

金刚石/铜:以金刚石颗粒为增强相,铜为基体,兼顾高热导率(目标>800 W/(m·K))与可加工性。该路线成本相对可控,且与现有电子封装工艺兼容性较好。国内中南大学、哈尔滨工业大学等单位已通过界面改性策略,将热导率稳定突破600~700 W/(m·K)级别。

金刚石/SiC:兼具金刚石的高导热与SiC的低CTE、高硬度特性。2025年,国际材料巨头Coherent推出金刚石-SiC复合陶瓷产品,各向同性热导率超过800 W/(m·K),CTE与硅高度匹配。国内黄河旋风自主研发的同类产品热导率亦达700 W/(m·K)以上,CTE低至2.6 ppm/℃,与芯片衬底匹配精度优异,适用于大功率射频器件和光模块。

CVD金刚石 :采用化学气相沉积法制备的多晶或单晶金刚石,热导率可达1500~2000 W/(m·K),为终极散热方案,但当前制备成本较高,主要应用于国防、航天及尖端科研领域,消费级数据中心的大规模部署尚需降本突破。


Q

国内企业产业化进展如何?

A

根据第三方机构测算,2026年全球AI芯片用金刚石散热片市场规模约为87亿元人民币,预计至2030年有望增长至592亿元,年均复合增长率超过45%。国内先进陶瓷及超硬材料企业正加速卡位:

  • 国机精工:已形成金刚石单晶、多晶及金刚石/铜复合材料的产品矩阵,CVD金刚石热沉片进入头部芯片厂商验证阶段。

  • 四方达:具备大尺寸(≥4英寸)CVD金刚石散热片的批量供货能力,并通过海外头部客户可靠性测试。

  • 黄河旋风:建成国内首条8英寸金刚石热沉片专用产线,产品覆盖金刚石/SiC复合衬底及纯金刚石散热片。

  • 力量钻石:调整战略重心,将原计划投资于培育钻石扩产的10.28亿元资金全额转投金刚石功能材料(含散热)领域。

上述进展表明,国内产业链已初步形成从原材料(金刚石微粉、CVD设备)到复合材料制备、再到后加工(激光切割、表面金属化)的完整闭环。


Q

对先进陶瓷行业带来哪些战略机遇?

A

金刚石属于非氧化物陶瓷材料,而金刚石/SiC复合材料则直接属于先进陶瓷(碳化硅基)范畴。该领域的爆发,将推动先进陶瓷产业链向高附加值热管理方向延伸。具体而言,行业面临三大战略窗口:

  1. 材料复合技术突破:攻克金刚石与铜、SiC的界面润湿性及结合强度难题,开发过渡层或表面金属化工艺,是提升复合材料综合性能的核心。

  2. 精密加工能力升级:金刚石硬度极高,其切割、减薄、打孔及表面抛光需依赖激光加工、等离子体刻蚀等先进工艺,相关装备及耗材需求旺盛。

  3. 封装级验证体系:与芯片设计及封装厂深度协同,建立从材料级热导率测试到器件级可靠性评估(热循环、功率老化)的标准化体系,缩短导入周期。

未来十年,率先实现低成本、大尺寸、高一致性金刚石散热材料量产的企业,依托国内独一无二的产能与产业链优势,持续攻坚核心技术,有望实现产业弯道超车,重塑全球高端散热材料产业格局。