随着半导体产业向2纳米、1纳米甚至埃米级别迈进，芯片散热已成技术瓶颈，而金刚石正从实验室走向产业前沿，成为解决高端散热难题的新希望。
中信建投最新研报指出，随着半导体产业持续向更先进制程迈进，芯片尺寸缩小而功率激增，“热点”问题日益突出。芯片表面温度过高会直接导致安全性下降和可靠性下降。
在这一背景下，金刚石作为理想散热材料，凭借其卓越的导热性能和其他优异特性，正在高端散热市场迎来广阔的发展空间。
01 芯片“热点”危机：散热成半导体产业瓶颈
随着半导体产业遵循摩尔定律逐步向2纳米、1纳米甚至是埃米级别迈进，芯片尺寸不断缩小，功率却不断增大，带来了前所未有的热管理挑战。
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。
更为棘手的是，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。
高热流密度已成为限制芯片进一步提速的核心技术瓶颈。
尤其是在碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等第三代半导体在高频、大功率条件下，传统硅基散热解决方案逐渐难以为继。
02 金刚石散热：卓越性能开启热管理新纪元
金刚石作为散热材料，其热导率可以达到2000W/m·K，这一数据远超传统金属材料——是铜、银的4-5倍。
与常用半导体材料相比，金刚石的热导率是硅（Si）的13倍、碳化硅（SiC）的4倍和砷化镓（GaAs）的43倍。
在热导率要求比较高时，金刚石被视为唯一可选的热沉材料。
除了卓越的导热性能，金刚石还兼具多种优异特性：高带隙（约5.5eV）、极高电流承载能力、优异机械强度与抗辐射性。
这些特性使它在高功率密度、高温高压等严苛场景中优势显著。
03 应用形式：多样化方案满足多元需求
金刚石作为散热材料主要有三种应用方式：金刚石衬底、热沉片以及在金刚石结构中引入微通道。
这些应用形式可适配半导体器件、服务器GPU等核心散热需求。
在制备技术上，化学气相沉积法（CVD）已成为主流，可生产单晶、多晶、纳米金刚石。
国内外企业已陆续开发出相关产品。
近年来，技术突破不断涌现。
中国科学院宁波材料所江南研究员团队成功制备出了大尺寸的4英寸超薄、超低翘曲金刚石自支撑薄膜。
该团队制备的4英寸金刚石薄膜，厚度小于100 μm，翘曲度控制在10 μm以内，且在无外力条件下可牢固贴附于玻璃基板，具备自吸附能力。
04 产业链与风险：前景广阔但挑战并存
从产业链角度看，金刚石热管理材料可粗分为四大环节：材料合成、形貌控制与晶面取向、结构加工与精密切割，以及与芯片或封装结构的对接集成。
在材料合成环节，我国产业已基本形成从高纯气源（如甲烷、氢气）到反应设备（CVD系统）的本地配套。
然而，在精密加工与封装集成领域，目前仍由少数海外企业具备全流程能力，成为国产材料走向产业端的关键关口。
金刚石散热材料的主要应用场景聚焦在：高频通信（如5G基站、毫米波雷达）、高功率电子（新能源车逆变器、工业电源模块）、以及高端计算（数据中心AI芯片） 等领域。
特别是在芯片热设计功耗（TDP）突破400W的AI服务器GPU中，传统风冷系统散热效率趋于极限。
然而，金刚石散热市场的发展也面临多重风险。
AI发展不及预期可能使散热市场发展放缓。
新产品市场开拓存在认可过程较慢的风险。
国内外经济环境复杂多变带来的宏观经济波动风险，以及政策与标准变化都可能对行业发展产生重大影响。
随着芯片热设计功耗突破400W，传统风冷系统已趋于极限，系统功耗中超过40%用于热管理，成为限制算力进一步提升的非线性因素。
在AI服务器GPU等高端芯片中，金刚石散热材料正从“超高热导率”的理论价值向“可量产、能封装、能贴合”的实际工艺跃迁。
未来，围绕标准化接口、工艺可靠性与封装兼容性的持续迭代，将决定金刚石能否从“明星材料”真正走向“产业材料”的关键路径。
