散热瓶颈催生百亿市场 我国金刚石复合材料行业蓬勃发展 华为取得技术突破

前言：

随着5G通信、人工智能、高功率芯片等技术的飞速发展，电子设备的功率密度急剧攀升，“热障”已成为制约产业升级的致命瓶颈。在此背景下，金刚石复合材料凭借其无与伦比的性能优势站上风口，并且实现了应用范围的极大拓展。尤其是在半导体散热这一前沿阵地，CVD金刚石散热片正展现出巨大的市场潜力，预计至2030年，其在数据中心领域的市场规模将爆发式增长至48亿美元。与此同时，国内顶尖学术机构与华为、沃尔德等龙头企业频频取得技术突破，共同推动中国金刚石复合材料行业步入技术创新与市场需求的共振周期，迎来前所未有的蓬勃发展。

1、芯片运行产生大量热量，散热将成为产业升级关键突破口

根据观研报告网发布的《中国金刚石复合材料行业发展趋势分析与未来投资预测报告（2025-2032年）》显示，近年来，随着5G通信、人工智能、物联网等技术的普及，电子设备的功率密度不断增加，散热问题逐渐成为制约设备性能的瓶颈。根据相关资料，电子元器件故障发生率随工作温度的升高呈指数增长，温度每升高10°C，系统可靠性降低50%，若电子元器件工作热量未能及时疏导，将发生发烫、卡顿、死机等情形。

数据来源：观研天下整理

散热能力不足是电子设备温度过高的直接原因。芯片在运行过程中会产生大量热量，若散热不及时芯片温度将急剧上升，进而影响其性能和可靠性。芯片内部热量无法有效散发时，局部区域会形成“热点”，导致性能下降、硬件损坏及成本激增。当电子设备温度过高时，工作性能会大幅度衰减，当芯片表面温度达到70-80°C时，温度每增加1°C，芯片的可靠性就会下降10%。因此，热管理技术已经成为保障电子设备工作性能和可靠性的重要议题。

芯片“热点”可能产生的影响

资料来源：观研天下整理

2、金刚石具有优异的高导热性和低膨胀特性，而金刚石复合材料实现应用范围的极大拓展

金刚石的热导率可以达到2000W/m·K，是碳化硅（SiC）、硅（Si）和砷化镓（GaAs）热导率的4倍、13倍和43倍，比铜和银的热导率高出4-5倍。在热导率要求超过500W/m·K时，金刚石是唯一可选的热沉材料。同时，金刚石还具有高带隙、极高的电流承载能力、优异的机械强度等。

资料来源：观研天下整理

金刚石作为芯片材料优势显著

资料来源：观研天下整理

金刚石复合材料是指以金刚石（单晶金刚石、多晶金刚石PCD、金刚石微粉等）作为增强相，与金属、陶瓷或高分子等基体相结合，形成具有卓越综合性能的新型超硬材料。它并非天然钻石，而是通过人工合成（高温高压法HTHP或化学气相沉积法CVD）获得。

金刚石复合材料完美继承了金刚石的高硬度、高耐磨性、高导热性、低摩擦系数和宽禁带半导体等优异特性，同时通过复合工艺克服了金刚石本身脆性大、难加工、成本高的缺点，实现了性能的可设计性和应用范围的极大拓展。

3、下游产业升级需求旺盛，我国金刚石复合材料行业蓬勃发展

金刚石复合材料市场的蓬勃发展与下游多个核心产业的升级需求紧密相关。首先，在高端制造与汽车工业领域，随着“智能制造”和“轻量化”趋势的推进，铝合金、碳纤维复合材料及高强钢等难加工材料应用日益广泛，带动了金刚石复合材料需求的显著增长。这一趋势在新能源汽车产业中尤为突出，其电机轴、电池壳体等关键铝合金部件对精密加工有着极高要求，为金刚石复合材料开辟了广阔的市场空间。

与此同时，在半导体与电子信息产业，金刚石极佳的热管理性能使其成为理想的散热材料（热沉）。随着5G/6G通信、数据中心、高功率LED以及第三代半导体（如GaN、SiC）器件的快速普及，高效散热已成为技术发展的关键，化学气相沉积（CVD）金刚石散热片/基板的市场潜力巨大。根据全球数据中心数量、建造规模及热管理市场规模的预计，对钻石散热在数据中心热管理市场渗透率，由2025年0.1%提升至2030年12%，预计钻石散热在数据中心市场规模由2025年的0.2亿美元增长至2030年的48亿美元。

2023-2030年全球数据中心钻石散热市场规模预测情况

资料来源：观研天下整理

在传统能源与资源开采方面，石油与地质钻探行业正不断向深层、复杂地层拓展，这对钻探工具的耐磨性和使用寿命提出了更高要求。作为油气钻头的核心部件，金刚石复合片（PDC）钻齿凭借其卓越的性能，市场需求持续稳定增长。

最后，在清洁能源与精密加工领域，金刚石线锯作为切割光伏硅片和蓝宝石材料的核心工具，其需求直接受益于全球光伏产业的迅猛发展，展现了金刚石复合材料在支撑绿色能源革命中的重要作用。

4、香港大学、华为、沃尔德等国内学术机构及企业纷纷取得金刚石复合材料技术重大突破

此外，随着AI、智能算力等产业快速发展，催生大量散热需求，使得部分学术机构及相关科技企业开始研究散热技术，金刚石复合材料凭借着诸多优势而成为研究目标。例如，北京大学联合研究团队成功开发了切边后使用胶带进行剥离金刚石膜的方法，能够大量制备大面积（2英寸晶圆）、超薄（亚微米厚度）、超平整（表面粗糙度低于纳米）、超柔性（可360°弯曲）的金刚石薄膜。制备的高品质薄膜具有平坦的可加工表面，能够进行微纳加工操作，超柔性特点使得能够直接用于弹性应变工程，以及变形传感应用，这是更厚的金刚石薄膜无法实现的。

2023年10月，华为与哈尔滨工业大学联合申请公布一项专利《一种基于硅和金刚石的三维集成芯片的混合键合方法》。通过采用混合键合方法，可以实现硅和金刚石的高效集成，将芯片产生的热量快速地导出，并减少热阻，从而提高芯片的散热效率，提高芯片的性能和可靠性。

2024年12月，华为申请公布使用金刚石散热层的半导体器件专利。在申请的半导体器件中，钝化层位于第一外延层和金刚石散热层之间，钝化层朝向金刚石散热层的一侧表面设置有凹槽，该结构不仅可以增加金刚石散热层与钝化层的接触面积，从而增加金刚石散热层与钝化层之间的结合力，还可以减小栅极与金刚石散热层之间沿半导体器件的厚度方向的热扩散距离，大幅提高半导体器件的散热效率。

沃尔德已开发CVD金刚石单/多晶热沉片，HFCVD工艺已成功开发出直径300mm尺寸金刚石产品，凭借金刚石在宽禁带、高热导率和耐高温等特性上的独特优势，未来有望在半导体器件散热、高端医疗器械等领域获得更广泛应用。

沃尔德已开发CVD金刚石单/多晶热沉片的产品规格

资料来源：观研天下整理（WYD）